SMART GRID: AS REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES DO...

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Curso de Engenharia Elétrica TIAGO DE MORAES BARBOSA SMART GRID: AS REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES DO FUTURO Itatiba 2010

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

Curso de Engenharia Elétrica

TIAGO DE MORAES BARBOSA

SMART GRID: AS REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES DO FUTURO

Itatiba

2010

TIAGO DE MORAES BARBOSA - 002200600860

SMART GRID: AS REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES DO FUTURO

Monografia apresentada ao Curso de

Engenharia Elétrica da Universidade São

Francisco, para obtenção do título de Bacharel

em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. D.r Geraldo Peres Caixeta

Itatiba

2010

A todos que sonham e acreditam em um mundo

melhor e que lutam para que isso se torne realidade.

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer primeiramente a Deus por me dar forças para sempre seguir em

frente e jamais desistir perante aos empecilhos que surgiram no decorrer desse trabalho,

durante todo o curso e também a cada dia de minha vida, pois sem minha fé, jamais teria

conseguido chegar até aqui.

Aos meus pais, sem os quais eu não estaria aqui, pela educação que me foi passada e

pela paciência e compreensão que tiveram no decorrer no trabalho de conclusão de curso.

Aos meus amigos e professores do SENAI, pois foi através da influência do curso de

Aprendizagem Industrial de Eletricista de Manutenção que decidi seguir o caminho da

Engenharia Elétrica, portanto esse foi o primeiro passo e todos que participaram desse

momento foram essenciais.

A todos meus amigos de sala, principalmente ao Tiago Pereira Barbosa, o qual

considero praticamente como um irmão, ao Edson de Jesus Lopes, um grande parceiro na

elaboração de vários relatórios e resolução de exercícios, ao João Carlos Cecato, sempre nos

ajudando com seus conhecimentos práticos, ao Lauri Filipe de Farias, um grande amigo que

apesar de muitas vezes ter se arriscado em provas, sempre se esforçou e se recuperou e

também a Carolina Delanina Françoso que faz parte desse grupo e teve grande participação

em nossa formação. Esse grupo foi essencial não só para os estudos, mas também para os

vários momentos de descontração, sem os quais, teria sido muito mais difícil conseguir chegar

aqui.

Ao meu orientador Geraldo Peres Caixeta, pelo qual possuo grande admiração por seu

vasto conhecimento na área de engenharia elétrica e por sua excelência como profissional da

área acadêmica.

Aos meus companheiros de trabalho, principalmente ao Fábio Cassucci Gaino e ao

Edro Wolter.

Enfim a todos que de alguma forma me motivaram em diversos momentos ou

ajudaram diretamente ou indiretamente nesse trabalho de conclusão de curso.

“If you can't measure it, you can't improve it”

Lord Kelvin

RESUMO

Com o constante aumento da demanda por energia elétrica e da escassez dos principais

recursos utilizados na geração desta se faz necessário a realização de uma mudança do

sistema elétrico, o qual possui uma configuração antiga e muito vulnerável a falhas. Essa

mudança poderia se tornar realidade através da implantação do Smart Grid, que transformaria

todas as redes elétricas e tudo que está conectado a elas em um sistema inteligente, no qual

haveria comunicação bidirecional para se realizar trocas de informações entre as diferentes

partes que irão compor esse sistema, visando garantir que todos os consumidores continuem

tendo acesso à energia com segurança e com qualidade cada vez maior, devido ao aumento da

confiabilidade e da eficiência do processo de distribuição de energia. Através dessa

implantação também se pretende reduzir a emissão de gases prejudiciais ao meio ambiente

para ajudar no combate ao problema do aquecimento global. Esse trabalho apresenta as

necessidades para a realização da mudança do sistema de energia elétrico atual, as

oportunidades que surgirão com essa mudança e também apresenta informações importantes

relacionadas ao Smart Grid, a enorme importância de se realizar estudos cautelosos para se

definir padrões e normas que garantam a interoperabilidade do sistema e permitam realizar as

várias interfaces que serão necessárias para que essa transformação ocorra.

Palavras-chaves: smart grid. energia elétrica. sistema elétrico. redes inteligentes.

interoperabilidade.

ABSTRACT

With the constant increase of demand by the electric energy and the scarcity of the

principals resources used in this generation it does necessary the realization of an electric

system change, which one possess an old configuration and so vulnerable to flaws. This

change could become reality through the implantation of Smart Grid that would transform

every electric grids and everything that is connected to them on an intelligent system, which

one has a bidirectional communication to realize changes of information between the different

parts that will compose this system, aiming to guarantee that every consumers continue

having access to energy with security and with quality bigger and bigger, due the increase of

reliability and efficiency of the process energy distribution. Through this implantation also

intends to reduce the gas emission harmful to the environment to help on the combat the

problem of global harming. This work presents the necessities to the realization of the change

on electric energy system actual, the opportunities that will appear with this change and also

presents important information related with Smart Grid, the huge importance to realize

cautious studies to define patterns and norms that guarantee an interoperability of the system

and allow many interfaces that will be necessaries for this transformation happens.

Key-words: Smart Grid, electric energy, electric system, intelligent grids, interoperability.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURA 1 – Esquema do Sistema de Energia Atual...............................................................17

FIGURA 2 – Gráfico do Consumo Total de Eletricidade.........................................................19

FIGURA 3 – Gráfico do Consumo per capita...........................................................................20

FIGURA 4 – Gráfico das Perdas na Distribuição de Energia Elétrica.....................................21

FIGURA 5 – Gráfico da Distribuição da Capacidade Termelétrica – Maio/2008....................26

FIGURA 6 – Gráfico da Distribuição da Capacidade Termelétrica – Dez/2017......................26

FIGURA 7 – Gráfico da Evolução da capacidade instalada termelétrica do SIN....................27

FIGURA 8 – Gráfico das Emissões (Máximas) de CO2 equivalente (Megaton) por

Subsistema................................................................................................................................27

FIGURA 9 – Gráfico das Emissões de Gases do Efeito Estufa, por combustível utilizado.....28

FIGURA 10 – Gráfico da Emissão anual de GEE da geração de eletricidade em diversos

países.........................................................................................................................................29

FIGURA 11 – Gráfico da Comparação das emissões de CO2..................................................30

FIGURA 12 – Gráfico do Mercado Fotovoltaico em 2009......................................................34

FIGURA 13 – Fotografia da Central Fotovoltaica de Amareleja.............................................35

FIGURA 14 – Gráfico da Potência Eólica Total Instalada no Mundo (MW)..........................37

FIGURA 15 – Gráfico das Principais Produtores de Energia Eólica do Mundo (%)...............38

FIGURA 16 – Gráfico da Previsão Anual do Mercado Eólico por Região entre 2009-2014...40

FIGURA 17 – Gráfico da Previsão Acumulada do Mercado Eólico por Região entre 2009-

2014...........................................................................................................................................40

FIGURA 18 – Fotografia do Parque Eólico Offshore de Thanet..............................................41

FIGURA 19 – Gráfico da Estrutura da Oferta Segundo a Natureza da Fonte Primária de

Geração – Brasil 2008...............................................................................................................44

FIGURA 20 – Gráfico - Brasil: Vendas anuais de automóveis (milhões de unidades)............47

FIGURA 21 – Esquema da Configuração Típica – PLC..........................................................51

FIGURA 22 – Fotografia do Master PLC e ponto de injeção do sinal.....................................52

FIGURA 23 – Fotografia dos Tipos de Modens PLC..............................................................52

FIGURA 24 – Fotografia da Utilização do repetidor no medidor de energia do consumidor..53

FIGURA 25 – Gráfico das Curvas de Duração de Carga.........................................................56

FIGURA 26 – Exemplo de como a GD pode minimizar problemas de interrupções no

fornecimento de energia............................................................................................................57

FIGURA 27 – As oito camadas para determinar os requisitos de interoperabilidade de Smart

Grid e definir a troca de informações na rede...........................................................................63

FIGURA 28 – Interação de agentes em diferentes domínios de Smart Grid através de Fluxos

de Comunicação Segura e Fluxos Elétricos..............................................................................67

FIGURA 29 – Diagrama detalhado de um modelo de Smart Grid...........................................68

FIGURA 30 – Redes para troca de informação........................................................................70

FIGURA 31 – Exemplo de um Sistema de Informação Georreferenciado...............................73

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - Consumo no Brasil em Mega Watts...................................................................22

TABELA 2 – Brasil - Consumo de Energia Elétrica na Rede, por Classe (GWh).................. 23

TABELA 3 - Sistema Interligado Nacional (SIN) e Subsistemas. Índice de Perdas (%).........23

TABELA 4 – Estimativa do Potencial Eólico Mundial............................................................37

TABELA 5 – Potencial Eólico Instalado no Brasil – Período de 2002-2009...........................39

TABELA 6 – Comparação dos Custos de Rodagem: Carro Elétrico VS. Carro Tradicional...43

TABELA 7 – Comparação de tipos de baterias utilizadas em veículos elétricos.....................45

TABELA 8 – Brasil: Vendas anuais de automóveis (milhões de unidades).............................47

TABELA 9 – Domínios e Agentes no Modelo Conceitual do Smart Grid...............................66

LISTA DE EQUAÇÕES

EQUAÇÃO 1 - Fator de emissão de CO2 por quantidade de combustível c consumido.........24

EQUAÇÃO 2 - Fator de emissão de CO2 por quantidade de energia gerada pela usina j no ano

y (tCO2/MWh)...........................................................................................................................25

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

TCC Trabalho de Conclusão de Curso

USF Universidade São Francisco

PLC Power Line Communication

ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

SIN Sistema Interligado Nacional

EPE Empresa de Pesquisa Energética

MME Ministério de Minas e Energia

PDE Plano Decenal de Expansão de Energia

GEE Gases do Efeito Estufa

FEEC Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação

FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica

INAE Instituto Nacional de Altos Estudos

CPFL Companhia Paulista de Força e Luz

ABVE Associação Brasileira do Veículo Elétrico

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

PNAD Plano Nacional por Amostras de Domicílio

BPL Broadband Power Line

TCP Transmission Control Protocol

UDP User Datagram Protocol

SNMP Simple Network Management Protocol

CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais

GD Geração Distribuída

SBPE Sociedade Brasileira de Planejamento Energético

DPCA Distributed Power Coalition of America

AMI Advanced Metering Infrastructure

EISA Energy Independence and Security Act

NIST National Institute of Standards and Technology

GWAC GridWise Architecture Council

WAN Wide Area Networks

FAN Field Area Network

IED Intelligent Electronic Device

PAN Personal Area Networks

LAN Local Area Networks

IP Internet Protocol

IEFT Internet Engineering Task Force

GIS Geographic Information System

DMS Distribution Management System

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO........................................................................................................14

2 NECESSIDADES DE MUDANÇA: SITUAÇÃO ATUAL DO

SISTEMA DE ENERGIA........................................................................................16

3 NECESSIDADES DE MUDANÇA: CONSUMO DE

ENERGIA ELÉTRICA E PERDAS EM SUA DISTRIBUIÇÃO..19

4 NECESSIDADES DE MUDANÇA: MEIO AMBIENTE............24

5 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: ENERGIA

ALTERNATIVA...........................................................................................................31

5.1 Energia Solar..........................................................................................................31

5.2 Energia Eólica........................................................................................................35

6 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: VEÍCULO

ELÉTRICO.................................................................................................................42

7 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: PLC (POWER

LINE COMMUNICATION)..............................................................................49

8 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: GERAÇÃO

DISTRIBUÍDA.........................................................................................................54

9 SMART GRID..........................................................................................................59

9.1 ARQUITETURA...................................................................................................62

9.2 MODELO DE REFERÊNCIA..........................................................................64

9.3 Smart Grid e GIS...................................................................................................72

10 CONSIDERAÇÕES FINAIS.........................................................................73

REFERÊNCIAS...............................................................................................................74

14

1 INTRODUÇÃO

Atualmente o setor de energia, não só no Brasil, mas no mundo inteiro está sofrendo

com a crescente escassez dos principais recursos naturais utilizados em sua geração, além do

fato de que a demanda por energia só tende a aumentar, fazendo com que os atuais ativos não

suportem tais mudanças, gerando altos investimentos. Devido a esses fatores, aliado ao grande

problema do aquecimento global, o qual, praticamente todos os países buscam maneiras de

reduzir, se torna visivelmente necessária a realização de uma grande evolução voltada ao

sistema elétrico, transformando todo o sistema em uma rede mais inteligente, conhecidas

atualmente como “Smart Grid”, as redes do futuro, para que se possa garantir que todos os

clientes continuarão tendo acesso à energia com segurança e qualidade.

Muito provavelmente ocorrerá uma revolução digital nos próximos anos que irá

provocar uma enorme mudança em nossas vidas, principalmente na forma como se consome

energia, e não só isso, também afetará a forma de se distribuir e produzir esta mesma energia.

Desde o surgimento da eletricidade e a descoberta da corrente alternada por Nikola

Tesla, talvez essa seja considerada a maior revolução da história voltada para esse setor, até

mesmo porque desde essa época até os dias atuais, a forma de se distribuir energia continua

sem grandes alterações. Por meio da eletricidade, houve grandes alterações no modo de vida

de toda a população, trazendo um conforto maior, mais comodidade e até mesmo mais

segurança, além de ter sido totalmente necessária para as descobertas, pesquisas e invenções

que foram e continuam sendo desenvolvidas após seu surgimento.

Nos dias de hoje existem várias pesquisas com foco em projetos relacionados à Smart

Grid, porém comparado a enorme necessidade e urgência da transformação do setor de

energia, pode se dizer, que deveria existir um maior incentivo por parte dos setores públicos,

no sentido de tentar atingir um maior número de investidores, todos aqueles que possuem

interesses nessa área (stakeholders).

Através da implantação do Smart Grid, todas as redes do sistema iriam se comunicar

entre si de uma forma inteligente, pois este é o foco das redes Smart Grid, “inteligência”.

Seria realizada uma grande automatização do sistema com medidores de qualidade de energia

e medidores inteligentes no consumidor final, além de sensores inteligentes espalhados por

15

diversos pontos da rede, tudo isso em tempo real, o que faria com que o sistema de cada

cliente se comunicasse diretamente com a concessionária que lhe fornece energia, ou seja,

seria uma rede bidirecional, visando à eficiência, a confiabilidade e a segurança do transporte

de energia, além do fato de que existiriam várias informações trafegando por entre as redes.

Com as redes inteligentes a eficiência energética se tornaria cada vez melhor, assunto bastante

estudado atualmente, com projetos espalhados pelo mundo, porém ainda sem apresentarem

grandes resultados. Paralelo a isso também haveria possibilidades de se integrar fontes de

energia alternativa em qualquer ponto da rede, fazendo com que qualquer pessoa tivesse a

oportunidade de gerar, armazenar e vender energia, o que resultaria em uma considerável

melhoria para o meio ambiente, visando à sustentabilidade, tanto com relação aos recursos

naturais utilizados hoje para a geração de energia elétrica quanto na questão da redução do

aquecimento global e provavelmente haveria um aumento em investimentos em veículos

elétricos, pois estes também poderiam se tornar fontes através de suas baterias que poderiam

armazenar energia em horários de baixa demanda e vendê-la em horários de pico, caso não

estivessem em uso. E ainda aumentariam as chances de se transmitir dados pela rede elétrica,

através da tecnologia PLC (Power Line Communication), que apesar de já existirem algumas

aplicações, ainda estão em fase de desenvolvimento e estudo de viabilidade, buscando levar

Internet a todos, resultando em uma inclusão digital.

Este trabalho abordará uma visão geral voltada para cada parte que envolve Smart

Grid. Ele será dividido em três partes: as necessidades da realização de uma mudança no setor

de energia, mostrando a situação atual da energia no mundo, o constante aumento do consumo

e a relação com o meio ambiente; as oportunidades que podem surgir com essa mudança,

como a utilização de mais fontes de energia alternativa, e o aumento dos veículos elétricos e

por último uma apresentação do que poderão ser as tão desejadas redes inteligentes.

16

2 NECESSIDADES DE MUDANÇA: SITUAÇÃO ATUAL

DO SISTEMA DE ENERGIA

Nos primeiros tópicos serão apresentadas as principais necessidades para a realização

de uma mudança no sistema de energia elétrico, visando demonstrar a importância dessa

transformação e da realização dela o quanto antes para se evitar muitos problemas e

minimizar ao máximo a ocorrência de falhas que podem vir a se tornar cada vez mais

constantes nas redes elétricas, considerando o modelo atual.

Atualmente a demanda por energia só tem crescido devido ao constante aumento do

número de consumidores, tanto residenciais, quanto industriais, porém ainda não houve

alterações na forma como funciona o sistema energia, o que está fazendo com que os

problemas relacionados a este só aumentem.

Como exemplo dos problemas que estão surgindo devido ao escasso sistema de

distribuição de energia pode se citar um dos maiores blecautes já ocorridos no Brasil, no dia

10 de novembro de 2009, o qual desligou 18 estados brasileiros e também o Paraguai.

Conforme as notícias, esse problema teve origem relacionada a fenômenos atmosféricos nas

linhas que ligam Itaipu ao sistema sudeste.

Um caso parecido ocorreu em 2003 nos Estados Unidos, país considerado o maior

consumidor de energia do mundo, quando aproximadamente 55 milhões de consumidores

ficaram as escuras, mesmo com o fato de que seu sistema de energia possuía uma

confiabilidade próxima a 100%.

O sistema de potência atual é um sistema unidirecional, que se inicia na geração, passa

pela transmissão e pela distribuição, até chegar ao consumidor de energia elétrica, portanto,

caso ocorra uma interrupção na transmissão, a distribuição perde o fluxo de energia, fazendo

com que toda a carga conectada a essa rede se desligue.

Esse modelo pode ser considerado antigo, já que desde que Thomas Edson fundou a

Electric Light Company em Nova York, em 1879, não houve uma evolução considerável deste

modelo, logo é plausível, que por mais correta que esteja a previsão do tempo, por melhor que

seja a operação do sistema realizado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) no

caso do Brasil e por mais usinas novas que sejam construídas, no caso de uma interrupção em

qualquer ponto do sistema, com esse sistema atual, é inevitável a ocorrência de um blecaute.

17

Abaixo pode se ver uma figura que representa um diagrama básico simplificado da

rede elétrica existente, desconsiderando as fontes de energia alternativa que foram

adicionadas em alguns pontos do sistema recentemente.

Fonte: Retirado do artigo “Rede Inteligente: por que, como, quem, quando, onde?”,

disponível no site www.redeinteligente.com

FIGURA 1 – Esquema do Sistema de Energia Atual

Como pode ser observado na figura 1, o modelo tem início na geração de energia (A),

no caso apresentado, através de uma usina hidroelétrica, porém existem outras formas de se

gerar energia. Após a geração as usinas injetam eletricidade em um determinado sistema. Para

facilitar a transmissão (B), a energia injetada passa por transformadores para elevar sua

tensão, fazendo com que sua corrente diminua, o que reduz a bitola dos condutores utilizados.

Na transmissão o sistema é dividido nas subestações transmissoras, as quais são responsáveis

para enviar a energia para o sistema de distribuição (C). Então as subestações distribuidoras

são encarregadas de levar essa energia até os clientes, que podem ser consumidores

residenciais (F) ou consumidores comerciais e industriais (E). Tanto na transmissão quanto na

18

distribuição, existem vários equipamentos de automação da rede, porém esses equipamentos

utilizados atualmente já não são suficientes para garantir a segurança e a qualidade do sistema

de energia.

19

3 NECESSIDADES DE MUDANÇA: CONSUMO DE

ENERGIA ELÉTRICA E PERDAS EM SUA DISTRIBUIÇÃO

Os dois gráficos a seguir mostram dados relacionados ao consumo de energia elétrica

no mundo atual. O primeiro mostra simplificadamente o consumo aproximado nos pontos,

onde se encontram os principais consumidores do mundo. Já o segundo nos dá uma estimativa

do consumo per capita nesses pontos.

Fonte: Adaptado da apresentação de Cyro Vicente Boccuzi no Fórum Latino

Americano (2009)

FIGURA 2 – Gráfico do Consumo Total de Eletricidade

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

EstadosUnidos

Europa Ásia AméricaLatina

4813

3816

3236

926

CONSUMO TOTAL DE ELETRICIDADE

Consumo (TWh)

20

Fonte: Adaptado da apresentação de Cyro Vicente Boccuzi no Fórum Latino

Americano (2009)

FIGURA 3 – Gráfico do Consumo per capita

Já o gráfico da figura 4, mostrado abaixo, dá uma visão sobre a enorme perda existente

no momento da distribuição de energia elétrica. Mesmo levando em consideração o fato de os

Estados Unidos serem os maiores consumidores de energia, a maior perda ocorre na América

Latina, onde o sistema atual de distribuição é muito precário.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

EstadosUnidos

Europa Ásia AméricaLatina

12902

5490

1688 1345

CONSUMO PER CAPITA

Consumo (kWh/nhab)

21

Fonte: Adaptado da apresentação de Cyro Vicente Boccuzi no Fórum Latino

Americano (2009)

FIGURA 4 – Gráfico das Perdas na Distribuição de Energia Elétrica

Considerando os últimos gráficos é possível perceber que tanto para o caso de

consumo de energia, quanto para o caso de perdas dessa mesma, os índices estão diretamente

relacionados à economia do país. Para os casos dos países desenvolvidos, o consumo de

eletricidade é muito maior comparado ao consumo de países em desenvolvimento ou aos

considerados países de terceiro mundo, já que devido ao fato de sua economia ser melhor, os

consumidores acabam utilizando uma demanda de energia muito maior para suprir suas

necessidades. No caso das perdas também ocorre uma divergência considerável, porém de

forma contrária ao consumo, portanto quanto maiores forem os indíces de desenvolvimento de

um determinado país, menores são as suas perdas, levando em consideração que seu sistema

de energia possui uma qualidade maior. Com isso pode se dizer que o consumo de energia

elétrica é diretamente proporcional a economia de um país, o contrário das perdas do sitema

elétrico que são inversamente proporcionais.

A tabela 1 indica o consumo médio no Brasil segundo o órgão ONS até abril de 2010.

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

AméricaLatina

Ásia Europa EstadosUnidos

17%

9%8%

7%

PERDAS NA DISTRIBUIÇÃO

Perdas na Distribuição (%)

22

TABELA 1 - Consumo no Brasil em Megawatts

MWmed Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

SIN

2010 55.714 58.457 58688 55917 55470 54808 55218 55548 57332

2009 49.983 52.271 53.737 50.911 50.066 49.676 50.832 51.409 53.348 53.725 56.169 54.626

2008 51.307 52.077 52.523 52.374 50.732 51.182 51.373 52.497 52.765 54.101 52.341 49.255

SE/CO

2010 34.339 35.996 36094 34610 34153 33727 34218 34596 35831

2009 30.278 32.076 33.128 31.205 30.923 30.343 31.331 31.799 33.099 33.081 34.914 33.547

2008 31.323 31.753 32.575 31.200 31.413 31.824 31.929 32.870 32.737 33.686 31.891 29.571

S

2010 9.444 10.120 9890 9111 8959 9134 9216 9152 9328

2009 8.570 9.130 9.253 8.649 8.363 8.472 8.565 8.491 8.633 8.817 9.331 9131

2008 8.908 9.132 8.893 8.688 8.234 8.539 8.613 8.498 8.524 8.699 8.735 8.481

NE

2010 8.168 8.482 8743 8305 8425 8116 7972 7907 8205

2009 7.521 7.527 7.732 7.457 7.197 7.194 7.330 7.497 7.948 8.172 8.230 8.242

2008 7.582 7.624 7.457 7.507 7.415 7.162 7.186 7.416 7.743 7.944 7.997 7.547

N

2010 3.766 3.859 3961 3892 3932 3831 3811 3892 3.968

2009 3.613 3.538 3.624 3.600 3.583 3.667 3.606 3.621 3.667 3.654 3.694 3706

2008 3.494 3.567 3.597 3.641 3.671 3.657 3.646 3.713 3.760 3.771 3.718 3.656

Fonte: Adaptado dos dados do órgão ONS (2010)

Nessa tabela verifica se que ocorreu um aumento no consumo em 2010 comparado aos

anos de 2009 e 2008. Primeiro é mostrado os dados do Sistema Interligado Nacional (SIN) e

depois os dados divididos entre as regiões SE/CO (Sudeste/Centro-Oeste), S (Sul), NE

(Nordeste) e N (Norte). Muito provavelmente esse índice continuará aumentando, tanto no

que diz respeito às residências, quanto no que diz respeito aos setores comerciais e industriais.

Assim como ocorre no mundo, ao se comparar as diferentes regiões do Brasil pode ser

observado através da Tabela 1 - Consumo no Brasil em Mega Watts, que existe uma diferença

de consumo de energia entre as áreas mais desenvolvidas (SE/CO) e as demais (S/ NE / N).

Nas tabelas a seguir é possível observar uma projeção com relação ao consumo e as

perdas de energia até o ano de 2017 realizada pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) e

publicada pelo Ministério de Minas e Energia (MME). Na tabela 2, é realizada a projeção com

relação às principais classes de consumo, já na tabela 3 é realizada a projeção com relação ao

índice de perdas por subsistemas brasileiros e também do SIN.

23

TABELA 2 – Brasil - Consumo de Energia Elétrica na Rede, por Classe (GWh)

Ano Residencial Industrial Comercial

Outras

Classes Total

2008 94.294 181.166 61.128 56.359 392.946

2009 98.883 189.089 64.952 58.720 411.644

2010 104.355 197.448 69.515 61.411 432.730

2011 109.940 205.132 74.332 64.195 435.599

2012 115.718 212.277 79.448 67.111 474.554

2013 121.654 220.528 84.830 70.105 497.117

2014 127.768 229.014 90.496 73.187 520.466

2015 134.081 237.784 96.465 76.362 544.692

2016 140.583 249.198 102.760 79.637 572.178

2017 147.408 259.468 109.407 83.020 599.303

Período Acréscimo (GWh)

2008-2017 57.508 83.908 51.286 28.929 221.630

Período Variação (% ao ano)

2008-2012 5,3 4,0 6,8 4,5 4,8

2012-2017 5,0 4,1 6,6 4,3 4,8

2008-2017 5,1 4,1 6,7 4,4 4,8

Ano Estrutura de Participação (%)

2008 24,0 46,1 15,6 14,3 100,0

2012 24,4 44,7 16,7 14,1 100,0

2017 24,6 43,3 18,3 13,9 100,0

*Não inclui Autoprodução

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1

TABELA 3 - Sistema Interligado Nacional (SIN) e Subsistemas. Índice de Perdas (%)

Subsistema 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Norte 17,4 17,2 17,1 16,9 19,3 18,8 18,4 17,9 17,4 16,9

Nordeste 18,3 18,1 17,8 17,6 17,4 17,2 17,0 16,8 16,5 16,3

Sudeste/CO 16,6 16,5 16,4 16,2 16,0 15,8 15,6 15,4 15,2 15,0

Sul 11,7 11,6 11,6 11,6 11,6 11,5 11,5 11,5 11,5 11,4

SIN 16,1 16,0 15,9 15,7 15,8 15,6 15,4 15,2 15,0 14,8

*Notas: Não inclui autoprodução

*Inclui as interligações dos sistemas isolados Acre/Rondônia e Manaus/Macapá/margem

esquerda do Amazonas.

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1

24

4 NECESSIDADES DE MUDANÇA: MEIO AMBIENTE

Como foi possível verificar no tópico anterior “Consumo de Energia Elétrica”, a

demanda por energia só está aumentando, pois com o passar dos dias a dependência da

energia elétrica para se realizar inúmeras atividades e também para o modo de vida da

sociedade atual está em contínuo crescimento, o que faz com que seja necessário o aumento

de sua geração, para que seja ofertada uma maior quantidade de energia. Porém, o processo de

geração de energia acarreta impactos no meio ambiente, o que, mesmo muitos não percebendo

(muitas vezes, mesmo percebendo, não associam a tal fato), acaba provocando o surgimento

de alterações no bem estar e nos custos relacionados à sociedade. Devido a isso, torna-se

necessário o desenvolvimento de políticas visando atender a essa crescente demanda

energética, porém sem deixar de lado a grande preocupação com relação à conservação do

meio ambiente, de forma a se utilizar da melhor maneira os recursos ambientais, utilizando

sempre que possível, fontes de energia alternativa, as quais, precisam ser continuamente

estudadas para se tornarem cada vez mais viável em suas aplicações. Paralelo a isso também

através dessas políticas será possível abranger um desenvolvimento social e um

desenvolvimento econômico, ambos diretamente relacionados com a situação da energia em

um determinado país.

Um dos grandes problemas encontrados na atualidade é a questão do aquecimento

global, problema no qual as usinas termelétricas possuem grande influência, pois elas são

responsáveis por uma quantidade considerável de emissão CO2. A emissão do CO2 ocorre

devido à queima do combustível para a geração de energia e varia de acordo com o

combustível utilizado.

As equações 1 e 2 apresentam uma maneira de calcular a quantidade de CO2 emitida

por uma usina termelétrica anualmente [Cálculo dos fatores de emissão de CO2 pela geração

de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional do Brasil].

(1)

25

(2)

onde:

- FCc : Fator de emissão de CO2 por quantidade de combustível c consumido

(tCO2/Uc)

- CEc : Conteúdo de energia por unidade de combustível c (TJ/Uc)

- FEc : Fator de emissão de carbono por quantidade de energia do combustível c

(tC/TJ)

- OXc : Fator de oxidação do combustível c (adimensional)

- FTjy : Fator de emissão de CO2 por quantidade de energia gerada pela usina j no ano

y (tCO2/MWh)

- CCcjy : Consumo de combustível c pela usina j no ano y (Uc)

- Gjy : Geração de energia elétrica pela usina j no ano y (MWh)

* t – tonelada; c – variável que representa o combustível; j – variável que representa a usina;

y – variável que representa o ano

De acordo com o PDE – 2008 – 2017, Volume 1, até o final de 2007 existiam no SIN,

desconsiderando os sistemas isolados, 57 usinas termelétricas, sendo que dessas 57, 19

utilizam como combustível, o gás natural, 17 utilizam o óleo diesel, 9 utilizam o carvão, 9

utilizam o óleo combustível, 2 utilizam o urânio e 1 utiliza o vapor. A potência total gerada

por essas usinas termelétricas é igual a 13.293 MW. Existem muitas novas usinas

termelétricas previstas para os próximos anos, pois, esta é considerada uma forma eficiente e

barata de se gerar energia comparada com as demais, porém mesmo com vários estudos para

tornar essa forma de geração “mais limpa”, a poluição gerada através da emissão do CO2

causada pelas termelétricas, continua sendo significativa, o que faz com que esse processo

seja incluído na lista das causas do aquecimento global.

Nos gráficos das figuras 5 e 6, é apresentada a participação da capacidade instalada

termelétrica por subsistema no Brasil. No gráfico da figura 5, a distribuição da potência de

termelétricas instalada em Megawatts até maio de 2008 e no gráfico da figura 6, uma

26

estimativa da mesma distribuição para dezembro do ano de 2017. Verifica-se que em ambos

os casos, a capacidade relacionada às regiões Sudeste e Centro Oeste é a maior,

provavelmente pelo fato de que os pólos econômicos do país se localizam nessas regiões,

porém é na região Nordeste que está prevista o maior crescimento com relação à capacidade

de termelétricas instaladas.

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 5 – Gráfico da Distribuição da Capacidade Termelétrica – Maio/2008

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 6 – Gráfico da Distribuição da Capacidade Termelétrica – Dez/2017

2790

2228

2057

8467

Distribuição da Potência Instalada (MW) Térmica - Maio/2008

SUL -18%

NORDESTE - 14%

NORTE - 13%

SUDESTE/CO - 55%

4360

10817

2737

13638

Distribuição da Potência Instalada (MW) Térmica - Dez/2017

SUL -14%

NORDESTE - 34%

NORTE - 9%

SUDESTE/CO - 43%

27

Já no gráfico da figura 7, observa se a evolução da capacidade termelétricas instaladas

no SIN no período de 2008 a 2017, considerando os mesmos estudos utilizados nos gráficos

das figuras 5 e 6. De acordo com os dados apresentados a capacidade termelétrica passaria de

15543 MW (2008) para 31553 MW (2017), o que representaria um aumento percentual de

aproximadamente 103 %.

Fonte: Retirado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 7 – Gráfico da Evolução da capacidade instalada termelétrica do SIN

Utilizando a configuração de referência do PDE 2008-2017, Volume 1, a estimativa da

emissão de gases de efeitos estufa para o ano de 2017, causadas devido as usinas

termelétricas, chegaria a 39,3 Megaton (equivalente a 1 000 000 de toneladas) de CO2

equivalente, o que resultaria em um aumento de mais de 170% com relação ao ano de 2008.

Pode se observar no gráfico da figura 8, levando em consideração essa estimativa, que todos

os subsistemas do Brasil teriam um aumento significativo de emissões de gases de efeito

estufa, com destaque para o Norte e Nordeste.

28

Fonte: Retirado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 8 – Gráfico das Emissões (Máximas) de CO2 equivalente (Megaton) por Subsistema

Ainda de acordo com o PDE – 2008 – 2017, Volume 1, levando em consideração a

postergação de usinas hidrelétricas e analisando uma possível alternativa, o aumento das

emissões de gases de efeito estufa provenientes das termelétricas seria ainda maior, como

mostrado no gráfico da figura 9, no qual observa-se que o carvão mineral seria o maior

causador desse problema, chegando a atingir o volume de 49 Megaton. CO2 equivalente em

2017. Para essa alternativa as emissões de gases do efeito estufa, poderiam atingir, no ano de

2017, 75 Megaton CO2 equivalente.

Fonte: Retirado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 9 – Gráfico das Emissões de Gases do Efeito Estufa, por combustível utilizado

29

Mesmo com esse grande aumento da emissão de gases do efeito estufa através da

geração de energia elétrica, o Brasil, ainda estaria com um patamar bem abaixo comparado a

outros países, pois a matriz energética no Brasil não tem como fonte principal as termelétricas

e a maior parte da emissão desses gases ocorre devido a outras causas, como por exemplo, a

enorme quantidade de queimadas que ocorrem no país, mas embora no Brasil já existam ações

visando a redução da poluição causada pela geração de energia esse patamar pode se tornar

ainda melhor. Considerando a configuração de referência do PDE 2008-2017, obtém se o

gráfico da figura 10, que representa a emissão de gases do efeito estufa em alguns países.

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 10 – Gráfico da Emissão anual de GEE da geração de eletricidade em diversos países

No gráfico da figura 11, observa se o comparativo entre as emissões de CO2 per capita

de alguns países, no qual, considerando os países analisados, o Brasil possui o menor índice.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000 28152615

1548

620 541 424263

34 14 39

EMISSÃO ANUAL DE GEE DA GERAÇÃO DE ELETRICIDADE EM DIVERSOS PAÍSES

Mt. CO2

30

Fonte: Adaptado do Plano Decenal de Expansão de Energia – 2008 – 2017, EPE, Volume 1.

FIGURA 11 – Gráfico da Comparação das emissões de CO2

Uma forma de se melhorar os índices relacionados as emissões de gases de efeito

estufa a partir da geração de energia elétrica, seria o aumento de investimentos em fontes de

energia alternativa e também em redes inteligentes, o que iria favorecer a utilização dessas

fontes e pelo fato de gerenciar toda a rede, não haveria a necessidade da geração de energia

pensando sempre na carga máxima do sistema, pois a geração poderia funcionar de acordo

com a necessidade da demanda.

0,001,002,003,004,005,006,007,008,009,00

10,00 9,30

5,50

4,203,30 3,00

2,000,90 0,50 0,08 0,19

COMPARAÇÃO DAS EMISSÕES DE CO2 PER CAPITA ENTRE DIVERSOS PAÍSES

t. CO2 / hab.

31

5 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: ENERGIA

ALTERNATIVA

Nos tópicos seguintes serão apresentadas as principais oportunidades que poderão

surgir com a implantação do Smart Grid, as quais poderão vir a se tornar cada vez melhores e

mais viáveis, caso haja a integração com esse sistema.

As fontes de energia alternativa são consideradas fontes de energia limpa, não

poluente, uma forma de se gerar energia elétrica de forma eficiente através de recursos

naturais, que a princípio são inesgotáveis, pois são renováveis e em certos casos podem ser

encontrados com facilidade na natureza. Com a aplicação das redes inteligentes, a conexão de

fontes de energia alternativa na rede elétrica se tornaria mais fácil, pelo fato de que se poderia

inserir uma fonte em qualquer ponto da rede, o que provavelmente acarretaria no aumento de

investimentos nesses tipos de fontes, além do que muitos consumidores poderiam desenvolver

suas próprias fontes de energia alternativa.

Existem várias maneiras de se obter energia elétrica através de fontes alternativas,

entre elas, a energia obtida através do calor do Sol e da força dos ventos, que são as duas

maneiras que terão uma descrição nesse trabalho. Uma grande vantagem desses tipos de

fontes de energia é o fato de não gerarem emissões de gases de efeito estufa e nem outros

tipos de emissões, o que é considerado um grave problema encontrado na geração de energia

elétrica através das usinas termoelétricas, como foi demonstrado anteriormente.

Porém para se desenvolver um sistema de energia renováveis, se requer vários estudos,

para os casos da energia solar e eólica, por exemplo, deve se atentar para a situação climática

do local onde se aplicará o sistema, visando sua viabilidade, caso contrário, pode não se obter

o rendimento esperado.

5.1 Energia Solar

Pode se dizer que várias outras fontes de energia, como por exemplo, a energia das

marés e a eólica dependem da energia solar para existir. A energia solar é a energia obtida por

meio da energia térmica e luminosa do Sol.

32

Para se converter essa energia em energia elétrica, são utilizadas células fotovoltaicas.

A conversão é realizada por meio do efeito fotovoltaico, no qual, ocorre a incidência da luz do

Sol sobre painéis compostos por células de algum material semicondutor. Assim como outras

fontes renováveis, a energia solar necessita de algum tipo de conversor eletrônico de potência

para poder fazer o aproveitamento ideal da energia elétrica gerada. A energia gerada pelos

painéis fotovoltaicos possui tensão e corrente contínuas e devido a isso necessitam de um

conversor para transformá-las em alternadas, tornando-as adequadas para uso na rede elétrica.

Além dessa conversão, existem outras aplicações para a energia solar, entre elas, um

exemplo bastante conhecido, são os aquecedores solares usados para aquecimento da água,

aplicados geralmente em residências e também em alguns estabelecimentos comerciais.

A geração de energia elétrica pela energia solar apresenta uma enorme vantagem, pois

é possível se gerar a energia no mesmo local que se encontra o consumidor, desde que seja

estudada a arquitetura do sistema para se realizar a integração. Isso faria com que as perdas

decorrentes do transporte de energia (transmissão e distribuição) fossem reduzidas e nos

levaria a sistemas de geração distribuída.

Através de um estudo realizado na Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação

(FEEC) da Unicamp foi desenvolvido o primeiro conversor eletrônico de potência trifásica

para a conexão de painéis solares à rede elétrica do Brasil. De acordo com o Jornal da

Unicamp, número 453, dos dias 8 a 14 de março de 2010, o grau de eficiência do conversor é

de 85% e o custo do protótipo foi de aproximadamente 15 mil reais, financiado com recursos

da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). A pesquisa foi

conduzida pelo doutorando Marcelo Gradella Villalva e orientada pelo professor Ernesto

Ruppert Filho, da FEEC.

“Este conversor substituiu plenamente, durante o período de testes, os três conversores

eletrônicos monofásicos adquiridos da empresa alemã SMA, que estão atualmente ligados a

esses painéis solares”, afirmou o orientador.

Ainda segundo o Jornal, com relação ao protótipo, o orientador do projeto calculou

que em escala de escala de produção o conversor tenha um custo final aproximado de R$ 10

mil. “Existem alguns componentes que poderiam custar muito menos, caso já estivesse em

escala industrial. Se compararmos o custo final de R$ 10 mil com o custo do conversor

33

importado, isso significa uma redução de um terço. É realmente muito vantajoso nacionalizar

essa tecnologia”, assegurou.

Na atualidade, apesar da eficiência no aproveitamento da energia solar ainda ser

bastante reduzida e o investimento ser considerado alto, a capacidade dos parques solares

aumenta a cada dia e essa é a forma de geração de eletricidade que mais cresce no mundo.

Segundo estudos realizados pelo Instituto de Energia da Universidade da Califórnia e pela

Associação das Indústrias Fotovoltaicas Européias, desde 2003, o índice de expansão da

indústria voltada para esse ramo ultrapassa 50% ao ano, mas mesmo assim no Brasil ainda há

poucas políticas de incentivo voltadas para esse tipo de energia. Um dos prováveis motivos é

a existente abundância em energia hidráulica, embora segundo o ONS já exista uma

preocupação voltada à redução da capacidade de reservação das hidrelétricas do país, além do

que essa geração de energia, de certa forma ainda acaba afetando o meio ambiente. Outro

fator que acaba interferindo no investimento em energia solar no Brasil é a produção do

silício, pois esse elemento é produzido em nosso país de forma impura e exportado a US$ 2 o

quilo, enquanto que sua forma mais pura é importada a US$ 60 o quilo, e o silício de alta

pureza é um dos principais elementos no desenvolvimento das mais importantes células

fotovoltaicas do mercado atual. Na Alemanha, país considerado líder dessa tecnologia, já há

uma capacidade de 6500 MW de geração fotovoltaica, o que representa metade da energia

produzia pela usina de Itaipu, enquanto que no Brasil se tem aproximadamente apenas 20

MW instalados em sistemas isolados. Mesmo levando em consideração que o Brasil possui

níveis de irradiação solar superiores ao da Alemanha, a energia elétrica obtida através energia

solar é muito pequena considerando a matriz energética de nosso país. No gráfico da figura 12

é mostrado o Mercado fotovoltaico em 2009.

34

Fonte: Adaptado do Relatório Solarbuzz 2010

FIGURA 12 – Gráfico do Mercado Fotovoltaico em 2009

De acordo com o relatório Solarbuzz 2010, que se trata de um relatório de pesquisa

voltado para a evolução do mercado global de energia solar, no ano de 2009, as usinas

fotovoltaicas existentes em todas as partes do mundo obtiveram um recorde de 6,43 gigawatt

(GW), o que representa um crescimento de 6% em relação ao ano de 2008. A indústria

fotovoltaica gerou US$ 38 bilhões em receitas e levantou mais de US$ 13,5 bilhões em

aportes de capital, por investimento ou por empréstimos.

Ainda de acordo com os dados do Solarbuzz, o preço por watt gerado a partir da

energia solar, nos Estados Unidos era igual a US$ 4.85 em junho de 2007 e passou para US$

4.08 em setembro de 2010 e na Europa passou de € 4.78 em junho de 2007 para € 4.09 em

setembro de 2010. Apesar de não representar uma enorme diferença, isso mostra que estão

tendo investimentos voltados para esse setor, cuja tendência é crescer ainda mais.

Na fotografia da figura 13, é possível ver algumas fotos da maior central de energia

solar fotovoltaica em funcionamento atualmente, localizada em Portugal, na freguesia de

Amareleja, concelho (município) de Moura. Segundo o portal de Moura, foram investidos

237,6 milhões de euros para se produzir energia “limpa”. A capacidade instalada chega a

46,41 MW de pico e 35 MW de potência de injeção na rede. Em pleno funcionamento, a

central produzirá 93 mil MWh por ano, energia suficiente para abastecer 30 mil famílias

63%10%

8%

8% 11%

Mercado Fotovoltaico em 2009 - Total: 6.43 GW

Alemenha, Itália, República Tcheca

Outros Países da Europa

Estados Unidos

Japão

Resto do Mundo

35

portuguesas, o que evitará uma enorme quantidade de emissão de CO2 comparando com uma

produção equivalente a partir de combustíveis fósseis.

Fonte: Adaptado do Portal de Moura

FIGURA 13 – Fotografia da Central Fotovoltaica de Amareleja

No momento, estão em construção dois parques solares que irão superar a potência

instalada na Central de Amareleja. Em ABU DHABI, nos Emirados Árabes Unidos está

sendo construído um parque que atingirá a capacidade de 100 MW, capaz de abastecer

aproximadamente 62 mil casas, enquanto que no estado do Arizona, nos Estados Unidos, o

parque em construção, quando pronto, terá a capacidade de 280 MW, energia suficiente para

abastecer aproximadamente 70 mil famílias.

5.2 Energia Eólica

A energia eólica representa a energia obtida pela ação do vento, ou seja, através da

energia cinética contida nas massas de ar em movimento, sendo uma fonte de energia

renovável de grande potencial, além de ser limpa e estar disponível em praticamente todos os

lugares, porém varia de acordo com a região onde está sendo aplicada. A energia elétrica é

gerada pela energia eólica através do emprego de turbinas eólicas.

Como foi citado no tópico anterior, a energia eólica é uma das energias que dependem

do Sol para sua existência, pois o Sol, aquece a superfície da Terra de uma forma não

36

homogênea, fazendo com que sejam gerados alguns locais de alta pressão e outros locais de

baixa pressão, o que por conseqüência faz com que o ar se mova gerando os ventos.

Assim como no caso da geração de energia elétrica através da energia solar, a geração

através da energia eólica, também não produz gases de efeito estufa e nem outros tipos de

emissões, além de também depender de um recurso que a princípio pode ser considerado

infinito, porém para se aplicar em alguma região são necessários vários estudos antes, para se

comprovar a viabilidade do projeto evitando determinados problemas, como por exemplo, a

falta, ou existência de pouco vento, na região onde se aplicou/aplicará o projeto. “Para que a

energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade

seja maior ou igual a 500 W/m², a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima

do vento de 7 a 8 m/s” [GRUBB; MEYER, 1993].

A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em

1976, na Dinamarca, mas atualmente já existem mais de 30 mil turbinas eólicas em

funcionamento espalhadas pelo mundo. Há anos que muitos países vêm estabelecendo metas

voltada para a energia eólica, das quais muitas já foram alcançadas, surgindo novas metas. De

acordo com a segunda edição do Atlas da Energia Elétrica no Brasil, elaborado pela Agência

Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), é estimado que em 2020 o mundo tenha 12% da

energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1200 GW, porém é

estimado que o potencial eólico bruto mundial seja aproximadamente 500 mil TWh por ano,

dos quais devido a restrições socioambientais, cerca de 53 mil TWh são considerados

tecnicamente aproveitáveis, o que representa algo na ordem de quatro vezes o consumo

mundial de eletricidade.

As tecnologias utilizadas na geração de energia elétrica através da energia eólica estão

evoluindo cada vez mais, tornando os equipamentos mais eficientes e confiáveis, além de

terem seu custo reduzido.

Na tabela 4, é apresentada a estimativa do potencial eólico no mundo, na qual pode se

observar que o maior potencial anual, se encontra na América do Norte, o que de certa forma

poderia ser uma das justificativas para que atualmente os EUA sejam líder mundial nessa

forma de geração de energia e continuem investindo bastante nesse mercado.

37

TABELA 4 – Estimativa do Potencial Eólico Mundial

Região

Porcentagem

de Terra

Ocupada*

Potencial

Bruto

(TWh/ano)

Densidade

Demográfica

(hab/km²)

Potencial

Líquido

(TWh/ano)

África 24 106.000 20 10.600

Austrália 17 30.000 2 3.000

América do Norte 35 139.000 15 14.000

América Latina 18 54.000 15 5.400

Europa Ocidental 42 31.400 102 4.800

Europa Oriental & ex-URSS 29 106.000 13 10.600

Ásia (excluindo ex-URSS) 9 32.000 100 4.900

Total do Globo** 23 498.400 - 53.000

* Em relação ao potencial bruto;

** Excluindo-se Groenlândia, Antártida, a maioria das ilhas e os recursos offshore

Fonte: Adaptado da segunda edição do Atlas da Energia Elétrica no Brasil

O mundo ainda utiliza pouco desse potencial eólico total que possui, embora a

capacidade utilizada esteja aumentando a cada ano. No gráfico da figura 14 verifica-se que a

previsão para o ano de 2010 é de mais de 200 mil MW, o que representa aproximadamente

3% do consumo de energia mundial atual.

Fonte: Adaptado do World Wind Energy Report 2009

FIGURA 14 – Gráfico da Potência Eólica Total Instalada no Mundo (MW)

38

Como já comentado anteriormente, os Estados Unidos é o país com maior potencial

eólico instalado na atualidade, porém alguns países da Europa, como por exemplo Alemanha

(que já chegou a dominar esse mercado) e Espanha também possuem uma grande fatia desse

mercado. A Ásia também vem crescendo, principalmente com a China e com a Índia,

principais produtores desse continente. A América Latina ainda não apresenta nenhum

produtor em destaque, porém mesmo assim também vem investindo nesse setor. No caso da

África, como foi apresentado na tabela 4, existe um potencial enorme para ser desenvolvido,

porém os países pertencentes ao continente africano não tem condições de investir nessa

tecnologia, o que faz com que todo esse potencial seja praticamente descartado. Abaixo é

possível ver os principais produtores de energia eólica do mundo atualmente.

Fonte: Adaptado do World Wind Energy Report 2009

FIGURA 15 – Gráfico das Principais Produtores de Energia Eólica do Mundo (%)

No Brasil, segundo o Global Wind 2009 Report, um relatório anual que visa mostrar a

situação do mercado eólico no mundo e fazer estimativas para o mesmo, a capacidade eólica

ultrapassa os 350 GW. Esse relatório cita que o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas

de Energia Elétrica (PROINFA) estabelecido pelo governo brasileiro, tem como um dos

objetivos, ter 10% de toda energia do país sendo gerada por fontes renováveis. Na fase inicial

do projeto, em 2004, foram realizados leilões compostos de 3.300 MW, divididos entre

22,1%

16,3%

16,2%11,5%

6,8%3,0%

2,8%

2,6%

2,2%

2,2%

14,2%

Principais Produtores de Energia Eólica do Mundo (%)

USA

China

Alemanha

Espanha

Índia

Itália

França

Reino Unido

Portugal

Dinamarca

Resto do Mundo

39

energia eólica, biomassa e hidrelétrica de pequeno e médio porte (1.100 MW para cada

tecnologia). Abaixo é mostrada uma pequena tabela que demonstra como foi o crescimento

eólico do Brasil nos últimos anos.

TABELA 5 – Potencial Eólico Instalado no Brasil – Período de 2002-2009

ANO 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

MW 22 29 29 29 237 247 341 606

Fonte: Adaptado do Global Wind 2009 Report

Atualmente, estão em construção 154,4 MW e aproximadamente 560 MW

permanecem em desenvolvimento. No ano de 2009, a ANEEL sediou um leilão, onde foram

contratados 71 novos projetos, totalizando 1800 MW, os quais são apresentados a seguir:

• Rio Grande do Norte – 657 MW em 23 parques eólicos

• Ceará – 542 MW em 21 parques eólicos

• Bahia – 390 MW em 18 parques eólicos

• Rio Grande do Sul – 189 MW em 8 parques eólicos

• Sergipe – 30 MW em um parque eólico

O preço obtido no leilão foi abaixo do esperado, R$ 148 por MWh, porém devido ao

grande volume leiloado é possível perceber que o Brasil possui um potencial para se continuar

investindo no mercado eólico.

Já nos gráficos das figuras 16 e 17, são apresentadas, a previsão anual e acumulativa

do mercado eólico por região no período de 2009 à 2014 de acordo com o Global Wind 2009

Report. Observa-se que a Ásia é a região que possivelmente se destacará nesse mercado nos

próximos anos, porém como é mostrado no gráfico da previsão acumulada, atualmente quem

domina o mercado eólico é a Europa.

40

Fonte: Adaptado do Global Wind 2009 Report

FIGURA 16 – Gráfico da Previsão Anual do Mercado Eólico por Região entre 2009-2014

Fonte: Adaptado do Global Wind 2009 Report

FIGURA 17 – Gráfico da Previsão Acumulada do Mercado Eólico por Região entre

2009 - 2014

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Previsão Anual do Mercado Eólico por Região entre 2009 - 2014 (GW)

Europa América do Norte Ásia

América Latina Oceano Pacífico Oriente Médio e África

0,0

50,0

100,0

150,0

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Previsão Acumulada do Mercado Eólico por Região entre 2009 - 2014 (GW)

Europa América do Norte Ásia

América Latina Oceano Pacífico Oriente Médio e África

41

Abaixo é exibida uma fotografia do maior parque eólico offshore do mundo em

operação no momento. Está localizado no Reino Unido, possui 100 turbinas aerogeradoras

que são capazes de gerar energia suficiente para abastecer 200 mil casas durante um ano.

Fonte: Retirado do Portal Exame

FIGURA 18 – Fotografia do Parque Eólico Offshore de Thanet

Através dos dados apresentados nesse último tópico, percebe-se que apesar de se

existir alguns empecilhos, os investimentos em fontes de energia alternativas podem se tornar

cada vez mais viáveis, pois é um mercado que vem se estendendo bastante e que ainda tem

muito espaço e potencial para crescer mais nos próximos anos e como já foi comentado, com

as redes inteligentes esse crescimento se tornaria ainda maior e provavelmente mais rápido.

42

6 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: VEÍCULO

ELÉTRICO

Apesar de muitas pessoas imaginarem que o veículo elétrico seja algo recente no

mercado, as pesquisas direcionadas aos veículos com motores elétricos existem há muitos

anos, tanto que por volta de 1837, Robert Davidson Aberdeen desenvolveu um carro movido

por uma bateria rústica de ferro e zinco, o qual era impulsionado por um motor elétrico. Na

década de 1990, na Califórnia, houve uma tentativa de se inserir o veículo elétrico de vez no

mercado automobilístico, chegou até a se obter certa aceitação, porém devido à incessante

busca pelo lucro por parte de empresas petrolíferas e também das empresas automobilísticas

que não enxergavam vantagens na produção do veículo elétrico aliado a falta de incentivos

por parte do governo dos EUA da época, aos problemas relacionados às baterias e as

limitações do momento, não houve sucesso nessa implantação. Esse ocorrido pode ser

acompanhado com maiores detalhes no documentário “Quem matou o carro elétrico” dirigido

por Chris Paine e lançado por uma produtora com o nome de Electric Entertainment.

Mas nos últimos anos esse mercado ganhou força novamente. A frota de veículos no

mundo inteiro vem aumentando a cada dia, consequentemente a poluição gerada por eles

também aumenta. Provavelmente, um dos principais motivos que alavancou essa retomada

dos investimentos voltados para os veículos elétricos esteja relacionado à enorme necessidade

de se reduzir as emissões de gases prejudiciais ao meio ambiente, que são causadores do

efeito estufa, emissões das quais os veículos atuais possuem grande influência, embora que a

tentativa citada acima também tinha esse como um dos objetivos e a idéia não obteve sucesso,

porém atualmente essa necessidade é maior, os interesses e investimentos estão espalhados

por todo mundo e não concentrados apenas em uma região e a divulgação é muito maior,

fazendo com que o interesse por parte dos consumidores também aumente, além do que a

eficiência do veículo vem aumentando cada vez mais com o passar dos anos, mas ainda assim

é preciso se ter certa cautela até que esse projeto se torne uma realidade global.

Os veículos elétricos possuem muitas vantagens quando comparados com os veículos

comuns. A eficiência de alguns carros com motor elétrico ultrapassa os 90%, enquanto que os

carros que utilizam álcool ou gasolina como combustível não ultrapassam os 30% de

eficiência. Outra vantagem é o fato de os custos com manutenção também serem reduzidos

43

quando comparados com os gastos de um veículo comum. Na tabela 6 é demonstrado o

comparativo de alguns dados do carro elétrico com o carro tradicional.

TABELA 6 – Comparação dos Custos de Rodagem: Carro Elétrico VS. Carro Tradicional

Carro Tradicional Carro Elétrico

km/dia 50 km/dia 50

km/mês 1500 km/mês 1500

km/l 11 kWh/km 0,18

Litros 136,36 Energia (kWh) 270

Preço Combustível (R$) 2,50 Custo do kWh (R$) 0,35

Custo Mensal (R$) 340,91 Custo Mensal (R$) 94,50

Custo por km (R$) 0,23 Custo por km (R$) 0,06

Fonte: Adaptado da publicação Estratégia de implantação do carro elétrico no Brasil

Além de tudo isso, as emissões de poluentes e gases do efeito estufa de veículos

elétricos são desprezíveis, pelo menos considerando diretamente (desconsiderando as

emissões decorrentes dos processos da geração da energia que será utilizada para carregar a

bateria, que também deve ser analisada), o que seria muito benéfico para o Brasil, já que em

nosso país os carros e as motos são os grandes responsáveis pela poluição e em nossa matriz

energética, grande parte da geração de energia é constituída por fontes renováveis,

consideradas limpas, como pode se observar no gráfico da figura 19. Segundo a publicação

Estratégia de implantação do carro elétrico no Brasil, do Fórum Nacional Instituto Nacional

de Altos Estudos (INAE), entidade dirigida pelo economista João Paulo dos Reis Velloso, em

2009, os carros e motos foram responsáveis por 83% do total de emissão de CO nas cidades

brasileiras. Também se pode levar em consideração que os veículos elétricos são silenciosos,

o que reduziria a poluição sonora, principalmente nos grandes centros urbanos.

44

Fonte: Adaptado do Balanço Energético Nacional 2009

FIGURA 19 – Gráfico da Estrutura da Oferta Segundo a Natureza da Fonte Primária de

Geração - Brasil 2008

O governo brasileiro vem criando alguns programas de incentivos voltados aos

veículos elétricos. Por exemplo, em sete estados brasileiros (Ceará, Maranhão, Pernambuco,

Piauí, Rio Grande do Norte, Rio Grande do Sul e Sergipe), os veículos movidos a motor

elétrico são isentos de IPVA, em outros três (Mato Grosso do Sul, Rio de Janeiro, São Paulo)

possuem a alíquota do IPVA diferenciada. Infelizmente devido ao momento que vive o

veículo elétrico no cenário mundial, esses incentivos ainda não são suficientes, levando em

consideração que o Brasil é um país com uma matriz energética favorável a implantação do

veículo elétrico, já que possui um grande potencial hidroelétrico, enquanto que países que

possuem uma matriz energética de certa forma desfavorável a esse tipo de veículo, acabam

investindo muito mais. Nos EUA, por exemplo, o governo anunciou em agosto de 2009 a

concessão de US$ 2,4 bilhões em recursos federais para ajudar empresas e universidades na

criação de baterias e veículos híbridos e elétricos, além do fato de que ainda existe um

subsídio de US$ 7.500 para aquisição de veículos elétricos.

Atualmente, o Brasil é o 5º maior consumidor e o 6º maior produtor mundial de

veículos, portanto é preciso começar o quanto antes a investir mais nesse mercado, pois caso

contrário, isso poderá acarretar muitas perdas, gerando no futuro a dependência de muitas

45

exportações para o setor automobilístico, setor considerado importante para a economia do

país atualmente, além do que o setor de autopeças, que faz parte do setor automotivo, exporta

para mais de 20 países, incluindo algumas potências, como Estados Unidos e Alemanha. Por

esse e outros motivos, mesmo considerando que a situação do Brasil é relativamente

confortável devido ao fato de ser líder na produção de veículos que utilizam combustível

renovável e por ter disponibilidade de etanol e biodiesel, é preciso ficar atento a esse mercado,

até porque ele não representa o fim do etanol, pois também existem pesquisas e incentivos

para os veículos elétricos híbridos, onde o etanol poderia ser aplicado, o que ajudaria na

autonomia do veículo, gerando mais uma vantagem e oportunidade para o Brasil. Mas a

grande maioria dos países desenvolvidos possui um foco maior voltado para os veículos

elétricos, por isso não se pode ficar fechado apenas para o desenvolvimento de tecnologias

que utilizam etanol como combustível, pois isso poderia fazer com que o Brasil se tornasse

um dos poucos consumidores dessa tecnologia, atrasando sua evolução.

Um dos maiores problemas e também um grande desafio tecnológico a superar

relacionados ao veículo elétrico é a sua bateria, pois é ela que determina a autonomia do

veículo, além de ter grande influência sob seu preço e seu tempo de recarga. Na tabela 7, é

feito um comparativo das principais baterias utilizadas atualmente.

TABELA 7 – Comparação de tipos de baterias utilizadas em veículos elétricos

Bateria Energia (Wh/kg) Potência (W/kg) Ciclos * Custo (US$/kWh)

Chumbo-ácido 35 - 45 250 400 - 500 160 - 210

NiMH 70 350 1350 - 1550 780 - 930

NiNaCI2 90 - 125 150 - 200 1000 - 3000 300 - 700

íon de lítio 150 - 200 400 1000 - 3500 900 - 1200 * Ciclos se referem ao número total de cargas-recargas que uma bateria rende antes de não poder mais reter

carga.

Fonte: Adaptado dos dados da ABVE, 2010

Grande parte dos carros está sendo desenvolvido utilizando-se bateria à base de íons

de lítio, a qual ainda não é produzida no Brasil, além do que o lítio é um material escasso

hoje, o que provavelmente pode vir a se tornar um enorme problema para se produzir o carro

elétrico em grande escala, pois alguns especialistas questionam a disponibilidade de lítio para

suprir essa nova demanda que será gerada. Outro problema é o fato do processo de mineração

desse material, no qual, as tecnologias utilizadas atualmente para a realização desse trabalho

46

são prejudiciais ao meio ambiente, por isso, esse também deve ser um fator a ser levado em

consideração e que deve ser analisado antes de se decidir algo e definir uma solução. Também

é preciso se preocupar com a reciclagem das baterias que serão utilizadas.

No Brasil já existem aplicações voltadas para o carro elétrico. Pode-se citar como um

exemplo recente, o contrato assinado no dia 21 de outubro desse ano entre a Companhia

Paulista de Força e Luz (CPFL) e a Empresa de Correios e Telégrafos, o qual visa à utilização

do veículo elétrico na entrega de Sedex na cidade Campinas (SP). Esse carro possui uma

autonomia entre 90 km e 120 km, o suficiente para utilização urbana diária, embora esse ano

um veículo já atingiu a marca de 1000 km, o que representa o recorde atual de distância

percorrida por um veículo elétrico com uma recarga.

Ainda não se pode considerar que o Brasil está definitivamente pronto para receber o

veículo elétrico. Já se possui alguns postos elétricos, o primeiro começou a funcionar no dia

10 de junho do ano passado dentro de um posto da BR Distribuidora, na Barra da Tijuca, no

Rio de Janeiro, mas mesmo assim a infra-estrutura do país ainda não está preparada, é preciso

começar a desenvolver produtos e tecnologias para esse novo mercado e também realizar

estudos para regulamentações e para a rede de distribuição, que provavelmente sofrerá

algumas alterações. Não somente o governo, mas empresas e grandes centros comerciais

também já devem ficar atentos para isso, pois devem adequar suas instalações para que se

torne possível qualquer pessoa, no caso das empresas, os funcionários, recarregarem seus

veículos enquanto trabalham. Até mesmo os consumidores residenciais podem começar a

pensar em colocar tomadas nas garagens de nossas casas.

Na tabela 8, são apresentadas estimativas de acordo com os dados da Associação

Brasileira do Veículo Elétrico (ABVE) para possíveis vendas de carros elétricos no Brasil, as

quais podem ser encontradas na publicação Estratégia de implantação do carro elétrico no

Brasil. Essa tabela apresenta dados tanto para veículos elétricos (VE), como também para

veículos híbridos puros (VEH) ou com baterias que possam ser carregadas da rede externa

(VEP e VEB). Através dessa tabela obteve-se o gráfico da figura 20.

47

TABELA 8 – Brasil: Vendas anuais de automóveis (milhões de unidades)

ANO TOTAL VE VEH VEP/B

2010 2,8 - - -

2015 3,6 0,14 0,1 0,04

2020 4,2 1,03 0,73 0,3

2025 4,9 2,7 1,39 1,31

2030 5,6 4,12 1,65 2,47

Fonte: Adaptado da publicação Estratégia de implantação do carro elétrico no Brasil

Fonte: Adaptado da publicação Estratégia de implantação do carro elétrico no Brasil.

FIGURA 20 – Gráfico - Brasil: Vendas anuais de automóveis (milhões de unidades)

Mesmo considerando a enorme quantidade de investimentos voltados para o mercado

de veículos elétricos, que como já foi citado, não poluem diretamente o meio ambiente, por

não queimarem nenhum tipo de combustível fóssil, deve se considerar o fato de que para uma

frota grande de carros elétricos, seria necessário gerar uma considerável quantidade de energia

a mais para suprir essa enorme demanda.

Diante dessa situação, uma rede de distribuição de energia mais inteligente seria uma

possível solução interessante, a qual pelo menos reduziria muitos problemas relacionados aos

veículos elétricos, pois dessa maneira, se tornaria possível que eles, ou melhor, suas baterias,

0

1

2

3

4

5

6

2010 2015 2020 2025 2030

Milh

õe

s d

e U

nid

ade

s

Brasil: Vendas Anuais de Automóveis

TOTAL

VE

VEH

VEP/B

48

não tivessem apenas a função de simples “consumidores”, mas também poderia fazer com que

elas se tornassem fornecedores de energia para a rede elétrica, ou também funcionassem como

no-breaks para seus proprietários. Como um carro fica em média mais de 20 horas do dia

estacionados, nos momentos fora do horário de pico, eles poderiam funcionar como

armazenadores de energia e nos momentos de pico, poderiam se tornar fontes conectadas a

um ponto da rede, fornecendo energia para o sistema. Isso ainda poderia contribuir para que

algumas fontes de energia alternativa, como eólica e solar, que dependem de condições do

meio ambiente para gerar energia, pudessem se tornar mais efetivas, funcionando de uma

forma conjunta com as baterias dos veículos elétricos, pois as baterias poderiam ajudar

quando essas não fossem capazes de gerar energia devido às condições climáticas.

49

7 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: PLC (POWER

LINE COMMUNICATION)

Uma tecnologia que evoluiu bastante após a sua descoberta foi à Internet, sendo que

um dos principais pontos foi à forma de distribuir suas informações, a qual atualmente possui

várias formas, entre elas, wireless, 3G, satélites, etc. A tecnologia PLC é mais uma forma de

se distribuir informações, a qual permite transmissões de sinais por onda portadora em redes

de distribuição de energia elétrica.

Atualmente a Internet pode ser utilizada para a realização de várias atividades, como

realizar transações bancárias, ler notícias, trocar e-mails, realizar pesquisas, enfim, de certa

forma estar conectado ao mundo. A cada ano, o número de usuários da Internet aumenta,

porém infelizmente ela ainda não é acessível a todos. Muitos não possuem acesso a Internet

devido ao fato de morarem em regiões que não são servidas pelos serviços de

telecomunicações. Esse índice ainda é grande no Brasil, ou seja, muitos brasileiros ainda

sofrem e são prejudicados com essa situação.

Segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), referentes ao

Plano Nacional por Amostras de Domicílio (PNAD) de 2009, o índice de pessoas que

acessaram a Internet em 2009 foi de aproximadamente 67,9 milhões de pessoas (pessoas com

10 ou mais anos de idade), embora esse índice esteja crescendo anualmente. Mas

considerando que atualmente o número de habitantes no Brasil é de aproximadamente 190

milhões, o índice representa aproximadamente 35,7% da população brasileira. Já a

porcentagem dos domicílios que dizem ter iluminação elétrica, representava em 2009, 98,9%

do total, uma quantidade bem maior comparada ao de habitantes com acesso a Internet.

O assunto relacionado à transmissão de dados pela rede elétrica surgiu em 1920 com o

desenvolvimento de idéias de sistemas de portadoras para comunicação de voz em redes de

alta tensão. Em 1930 surgiu a técnica RPC (Ripple Control), através da qual foi possível a

utilização da rede de distribuição de energia elétrica para transmissão de alguns sinais, porém

utilizando freqüências baixas (100 a 900 Hz), o que fazia com que a comunicação fosse

realizada a taxas bem baixas e potência elevada para transmissão, além do fato do sistema

possuir comunicação unidirecional, sendo utilizadas apenas para tarefas simples, como o

acionamento da iluminação pública. Somente na década de 1990 foi possível obter sistemas

capazes de fornecer comunicação de forma bidirecional através da rede de distribuição de

50

energia elétrica, os quais utilizavam frequências mais elevadas e menores níveis de potência

transmitida.

Atualmente existem muitas pesquisas voltadas para a tecnologia PLC, a qual através

do fenômeno de propagação de ondas nos condutores elétricos visa transmitir dados

utilizando a mesma estrutura das redes de distribuição de energia elétrica. Essa tecnologia é

capaz de transmitir de forma controlada (frequências e níveis de propagação específicos)

sinais que utilizam as freqüências de forma inteligente e diferenciada daquelas utilizadas por

outros equipamentos e pela própria transmissão de energia elétrica. Também conhecida como

BPL (Broadband Power Line), a tecnologia PLC opera em uma faixa que varia de 1,6 a 30

MHz e alcançam taxas de até 200 Mbps. Para se realizar a definição das freqüências de

operação das portadoras é preciso realizar medições e planejamentos de freqüências de banda

de rádio de ondas curtas e de acordo com as normas. Os elementos da tecnologia PLC são

capazes de assegurar uma boa qualidade tanto para áudio, quanto para vídeo. Esse sistema

permite a distinção entre pacotes TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User

Datagram Protocol) e também apresentam agentes SNMP (Simple Network Management

Protocol), os quais representam um protocolo de gerência típica de redes UDP, da camada de

aplicação e são imprescindíveis para que haja um monitoramento e controle da rede, pois

facilitam o intercâmbio de informação entre os dispositivos da rede.

Mas existem alguns problemas em se transmitir dados pela rede elétrica, levando em

consideração que essa não foi projetada para essa finalidade. Devido ao descasamento de

impedância que ocorre entre pontos da rede e também entre equipamentos, é gerada uma

reflexão do sinal transmitido, que acaba causando uma maior atenuação do sinal original, uma

vez que parte dele será perdido. Essa atenuação sofrida pelo sinal ao longo da linha de

distribuição limita a distância que esses sinais podem atingir. Ela pode variar de acordo com a

topologia, conservação e quantidade de conexões da rede. É interessante ressaltar que os

equipamentos de PLC não podem ser ligados a estabilizadores ou filtros de linhas, pelo fato

desses dispositivos bloquearem sinais em alta freqüência. A qualidade do acesso também

pode variar de acordo com o padrão da instalação elétrica e a temperatura ambiente.

Outro problema a ser considerado é a interferência de outros sistemas que utilizam o

mesmo espectro que a tecnologia PLC, ou até mesmo causada por outros usuários que estejam

utilizando a tecnologia PCL. Nas residências é possível ocorrer interferências por parte de

alguns aparelhos eletrodomésticos. Também é preciso seguir as normas referentes às

51

limitações de freqüência para essa tecnologia para que não se corra o risco de interferências

com transmissões de rádio.

Abaixo, pode se observar um esquema, no qual é demonstrada uma configuração

típica de uma rede utilizando a tecnologia PLC.

Fonte: Retirado da apresentação do Projeto PLC CEMIG

FIGURA 21 – Esquema da Configuração Típica – PLC

De acordo com o esquema pode se verificar que o Master (Figura 22) é conectado a

um cable modem. Esse Master é instalado próximo a um transformador de energia elétrica e o

sinal é injetado nos fios (fases e neutro) da rede elétrica. Em seguida o sinal é coletado e no

medidor de energia do consumidor é regenerado por um repetidor (Figura 23), embora este

seja dispensável para alguns casos. Na residência o sinal recebido pode ser captado em

qualquer tomada conectada a instalação elétrica através da utilização do Modem PLC (Figura

24). A partir desse modem pode ser realizada a conexão com a placa do computador,

disponibilizando o serviço para o usuário.

52

Fonte: Adaptado da apresentação do Projeto PLC CEMIG

FIGURA 22 – Fotografia do Master PLC e ponto de injeção do sinal

Fonte: Adaptado da apresentação do Projeto PLC CEMIG

FIGURA 23 – Fotografia da Utilização do repetidor no medidor de energia do

consumidor

53

Fonte: Retirado do Artigo sobre PLC de Marcus Vinicius de Almeida Ferreira

FIGURA 24 – Fotografia dos Tipos de Modens PLC

A tecnologia PLC é bastante estudada atualmente, porém na grande maioria dos casos,

apenas com projetos piloto, o que demonstra que essa tecnologia ainda precisa superar vários

desafios para que se torne viável a sua utilização comercialmente. Esses desafios estão

relacionados tanto ao aperfeiçoamento dos equipamentos atuais, quanto ao desenvolvimento

de mais normas e também de padronizações.

Através do Smart Grid, esse provavelmente seria mais uma mercado que poderia

aumentar seus investimentos, visto que a tecnologia PLC, poderia vir a ser utilizado em

determinados pontos do sistema inteligente.

54

8 OPORTUNIDADES COM A MUDANÇA: GERAÇÃO

DISTRIBUÍDA

Existe mais de uma definição para o conceito da expressão Geração Distribuída (GD),

a qual de forma simplificada pode ser utilizada para representar a geração de energia elétrica

junto ou próxima do consumidor, independente da fonte de energia, da potência e da

tecnologia usada para o projeto, porém “no Brasil, a geração distribuída foi definida de forma

oficial através do Decreto nº5.163 de 30 de julho de 2004” conforme abaixo: [Geração

distribuída no Brasil: oportunidades e barreiras da Sociedade Brasileira de Planejamento

Energético (SBPE)]

“ Art. 14. Para os fins deste Decreto, considera se geração distribuída a produção de energia

elétrica proveniente de empreendimentos de agentes concessionários, permissionários ou

autorizados (...), conectados diretamente no sistema elétrico de distribuição do comprador,

exceto aquela proveniente de empreendimento:

I hidrelétrico com capacidade instalada superior a 30 MW; e

II termelétrico, inclusive de co-geração, com eficiência energética inferior a setenta e cinco

por cento, (...).

Parágrafo único. Os empreendimentos termelétricos que utilizem biomassa ou resíduos de

processo como combustível não estarão limitados ao percentual de eficiência energética

prevista no inciso II do caput."

A geração de energia próxima ao consumidor já foi algo bastante utilizado por

empresas, porém a partir da década de 40, a geração realizada em grandes centrais e

distribuída pelas concessionárias de energia acabou se tornando mais barata, o que fez com

que os investimentos relacionados à geração distribuída praticamente parassem por um longo

tempo, até que por volta dos anos 80, o desenvolvimento de tecnologias para essa área voltou

a ser incentivado, obtendo como resultados reduções de custos consideráveis. Em alguns

países como Holanda e Finlândia, este tipo de produção ultrapassa 40% de toda geração

nacional.

Através da geração distribuída, será possível se obter muitos benefícios voltados para

a concessionária de energia, para a sociedade, ou seja, os consumidores e também para o meio

55

ambiente. Abaixo são descritos algumas das vantagens que poderiam ser obtidas com esse

tipo de produção de energia.

Como se observou no tópico anterior “PLC”, apesar de a grande maioria da

população brasileira ter acesso a energia elétrica, ainda existe uma pequena parcela

que não desfruta desse acesso, o qual é essencial na vida de todas as pessoas

atualmente, o que faz com que sejam prejudicadas. Com a geração distribuída é

possível reduzir ainda mais ou até extinguir o número de pessoas que não tem

acesso a energia elétrica no Brasil, pois facilitaria o acesso aos locais mais

distantes da zona urbana, já que estes locais não possuem infra-estrutura de

transmissão e distribuição, devido à instalação destas possuir um custo elevado.

Além disso, a qualidade da energia do consumidor próximo a GD seria melhor,

devido à redução das falhas, reduzindo a possibilidade da falta de energia, logo a

confiabilidade do sistema aumentaria.

A redução das perdas na rede de transmissão e distribuição, que ocorrem no

transporte da energia. Essas perdas, que representam “prejuízos” para as

concessionárias de energia acabam resultando no aumento dos custos da tarifa para

os consumidores. Com a redução dessas perdas, consequentemente também seria

reduzido o investimento para reforçar o sistema, além de poder reduzir os custos

com manutenções. “Segundo Distributed Power Coalition of America (DPCA) de

2005, o potencial de economia nos sistemas de transmissão e distribuição com a

implantação de GD é de 2,34 a 3,14 US$ economizado / MWh produzido devido à

redução das perdas no sistema.” [Geração distribuída no Brasil: oportunidades e

barreiras da Sociedade Brasileira de Planejamento Energético (SBPE)]

Também seria obtida uma redução dos investimentos para a criação de novas

centrais para suprir o aumento da demanda, já que a GD poderia satisfazer essa

necessidade conforme o crescimento da procura, o que também aumentaria a

estabilidade do sistema, além de que o tempo para sua construção seria bem

menor, podendo atender as novas necessidades de forma mais rápida, acarretando

na redução dos investimentos para atender a demanda nos horários de pico. No

gráfico da figura 25, pode se observar que através da utilização da GD, poderia se

obter uma redução no pico de demanda durante o ano. “Segundo DPCA (2005), o

potencial de economia nos sistemas de transmissão e distribuição com a

56

implantação de GD é de 1,60 a 60,27 US$ economizado / MWh produzido devido

à postergação de subestações.” [Geração distribuída no Brasil: oportunidades e

barreiras da Sociedade Brasileira de Planejamento Energético (SBPE)]

Fonte: Retirado da Revista Brasileira de Energia

FIGURA 25 – Gráfico das Curvas de Duração de Carga

Com a implantação da geração distribuída, também seriam obtidas consideráveis

vantagens com relação ao meio ambiente, pois evitando a construção de novas

centrais de geração de energia, reduziria bastante o impacto ambiental, tanto com

relação às áreas alagadas, quanto com relação à redução das emissões de

poluentes, contribuindo assim para a proteção da natureza e o desenvolvimento

sustentável.

Além de tudo isso, se teria uma melhora na eficiência energética, que se poderia se

tornar ainda melhor nos casos em que fossem utilizados co-geradores, que

produzem energia elétrica e também aproveitam o calor resultante do processo de

geração de energia através da queima de combustíveis, que no caso da geração

centralizada são liberados para a biosfera.

57

Outra vantagem seria o fato de poder ter um papel importante no caso de

interrupções de energia ocasionadas devido a acidentes naturais, ou até mesmo

outros tipos de falhas, reduzindo o número de consumidores afetados e evitando

longos períodos sem fornecimento de energia, já que poderiam ser implementados

geradores de emergência na rede, conforme figura 26, onde os consumidores

localizados a jusante do ponto de conexão da GD continuariam a ser atendidos

normalmente.

Fonte: Retirado da Revista Brasileira de Energia

FIGURA 26 – Exemplo de como a GD pode minimizar problemas de interrupções no fornecimento

de energia

Mas a geração distribuída não apresenta apenas vantagens, esse processo também

possui algumas desvantagens, as quais devem ser levadas em consideração e por isso,

algumas são descritas abaixo.

Com a aplicação desse processo haveria um aumento na complexidade de várias

áreas: do planejamento e da operação do sistema elétrico; na realização de ações

de manutenção e das medidas de segurança; dos procedimentos administrativos,

comerciais e contratuais, entre outras. Em alguns casos, a proteção do sistema,

58

devido à configuração atual não ser adequada para um fluxo bidirecional, deveria

ser reconfigurada.

Ainda há um custo considerável relacionado às tecnologias utilizadas na GD, o que

de certa forma acaba reduzindo o interesse por parte dos investidores.

Através da co-geração próxima ao consumidor, poderia surgir uma poluição

sonora, gerando certo transtorno para os moradores da região. Em alguns casos

seria necessário a instalação de sistemas de atenuação de ruído.

No Brasil, ainda não se há um conhecimento profundo de tal tecnologia, portanto seria

necessário a realização de pesquisas, visando desenvolver formas de facilitar e tornar mais

barata a aplicação de sistemas de GD e também deve haver um maior do incentivo por parte

de órgãos reguladores. Provavelmente, devido às necessidades que vem surgindo, tanto com

relação ao meio ambiente, quanto às concessionárias e os consumidores, a GD terá uma

participação cada vez mais importante no sistema de energia elétrico. Com o Smart Grid, a

aplicação de sistemas de geração distribuída se tornaria mais fácil, já que a configuração das

redes inteligentes prevê a inserção de fontes em qualquer ponto da rede.

59

9 SMART GRID

Como já foi citado e demonstrado em tópicos anteriores, o sistema de energia atual,

principalmente ao se analisar a situação do Brasil ainda é muito vulnerável a falhas e os

principais recursos naturais utilizados para a geração da energia elétrica estão se tornando

cada vez mais escassos. Com isso e com os outros fatores demonstrados até aqui é evidente a

necessidade de se realizar uma mudança em todas as redes do setor de energia, a fim de se ter

uma evolução do sistema, com maior segurança, qualidade e economia, ou seja, é preciso

fazer com que todos os pontos da rede funcionem de forma interligada e inteligente, buscando

a interoperabilidade, a qual representa a capacidade de um sistema, juntamente de todos os

seus elementos e aplicativos realizarem trocas de informações de forma segura e eficaz,

fazendo com que o usuário tenha a menor preocupação possível, visando à confiabilidade, a

segurança e a qualidade da rede. Essa mudança de certa forma já começou a ser realizada em

alguns lugares e aos poucos vem se tornando algo próximo da realidade.

Em vários países, bilhões de dólares estão sendo investidos para que se consiga

desenvolver e construir os elementos da tão desejada rede inteligente. Várias empresas

conceituadas estão explorando esse mercado e muitos congressos e seminários estão sendo

organizados pelo mundo todo ao longo dos últimos anos a fim de se concretizar esse projeto.

Alguns acreditam que com Smart Grid, por se obter um fluxo de energia e comunicação

bidirecional, as funcionalidades estejam apenas relacionadas com o fato de se instalar

medidores inteligentes nos consumidores, porém elas vão muito além disso. Com a aplicação

das tecnologias digitais que avançam a cada dia, espera-se melhorar a confiabilidade,

segurança, interoperabilidade e a eficiência energética da rede elétrica de forma considerável,

reduzindo os impactos causados ao meio ambiente e em consequência, colaborar para o

crescimento e fortalecimento da economia do país.

O conceito de Smart Grid relaciona várias áreas, mas algumas devem ser priorizadas,

visando à efetividade do projeto. Pode-se considerar como algumas das áreas que devem ser

priorizadas:

A rede de comunicação, o desempenho de seus componentes e o estudo com relação

ao seu alcance geográfico, tanto para o momento quanto para o futuro, analisando sua

eficiência em tempo real, a fim de se otimizar a gestão dos elementos da rede de

60

energia elétrica, para que possam ser realizadas ações de prevenção ou resposta diante

dos problemas que podem surgir.

A infra-estrutura de medição avançada (AMI, sigla em inglês para Advanced

Metering Infrastructure), através da qual será criada uma rede bidirecional, que

realizará a resposta à demanda residencial, ou seja, através dessa infra-estrutura será

realizada a troca de informações entre os consumidores e as concessionárias de

energia e o gerenciamento dos dados. Também deve ser considerada que a rede deve

estar preparada para se integrar aos veículos elétricos.

Essas duas áreas provavelmente serão as chaves para o processo, através da qual todo

o sistema será interligado, mas também se deve priorizar:

O gerenciamento da rede de distribuição de energia, pois através desse

gerenciamento, será possível aperfeiçoar o desempenho dos componentes da rede,

como transformadores, chaves, entre outros, além de poder realizar uma integração

com os sistemas de transmissão e também com a geração, sendo que haverá a

possibilidade desta última ser realizada pelo próprio cliente. Isso aumentará a

confiabilidade da rede, reduzindo bastante a ocorrência de falhas.

A segurança da rede, já que dados muito importantes estarão sendo transmitidos por

ela, portanto é necessário garantir a integridade, confiabilidade e disponibilidade de

todas as informações do sistema, as quais serão necessárias para gerenciamento,

operação e proteção dos elementos do Smart Grid.

O transporte elétrico, pois através dele aumentaria a possibilidade da utilização de

fontes de energia alternativa, ocasionando a redução da emissão de gases responsáveis

pelo efeito estufa. Além do que, como observou se no tópico “Veículo Elétrico”, a

estimativa com relação ao crescimento da utilização do veículo elétrico no Brasil não é

pequena, portanto é preciso que o país já esteja preparado para integrá-los ao Smart

Grid, por isso deve se ter uma certa atenção voltada para o transporte elétrico.

A eficiência energética, pois a qualidade da energia também deve ser um fator

importante a se considerar. Essa qualidade poderia ser monitorada por sensores de

qualidade de energia espalhados pela rede.

61

O incentivo ao consumidor, tanto para os residenciais, como também para os

comercias e os industriais, com o objetivo de se reduzir o consumo de energia nos

horários de pico, além do que, é necessário apresentar aos consumidores, a viabilidade

em se utilizar os medidores inteligentes. Quando se analisa a situação do Brasil, esse

seria um ponto essencial e bastante complicado, considerado a enorme quantidade de

perdas decorrentes de furtos de energia.

O armazenamento de energia, visando aproveitar melhor toda energia que é gerada.

Muitos equipamentos, como, sensores inteligentes para serem aplicados nas linhas de

distribuição de energia, medidores inteligentes para serem utilizados nas residências dos

consumidores, softwares, entre outros, já estão sendo desenvolvidos e em alguns casos até

aplicados. Para o desenvolvimento de qualquer tecnologia é preciso se definir padrões, o

mesmo ocorre com o Smart Grid, para o qual também é necessário se estabelecer protocolos.

Isso é uma necessidade urgente e atual, para que os dispositivos já desenvolvidos, ou em

desenvolvimento não corram o risco de se tornarem obsoletos, o que acarretaria em uma

enorme perda diante dos grandes investimentos. De acordo com Energy Independence and

Security Act (EISA) DE 2007 essa função foi atribuída ao National Institute of Standards and

Technology (NIST), agente federal de tecnologia, sendo responsável por coordenar o

desenvolvimento de uma estrutura que inclui os protocolos e modelos padrões para o

gerenciamento das informações, assegurando a interoperabilidade dos elementos e do sistema

do Smart Grid.

Devido a essa urgência, o NIST desenvolveu um plano dividido em três fases com o

objetivo de acelerar a identificação de um conjunto inicial de padrões e estabelecer uma

estrutura robusta para um desenvolvimento sustentável de outros padrões adicionais que serão

necessários e também para que seja possível a definição de uma infra-estrutura de testes de

conformidade e certificação. Como resultado da primeira fase de seu plano, o instituto NIST

publicou o documento “Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,

Release 1.0”, no qual é apresentado um modelo de referência de alto nível conceitual para o

Smart Grid. Para essa publicação houve apoio de várias partes interessadas, a fim de se obter

o melhor resultado. Nesse documento também são identificadas 75 normas existentes, que

são, ou podem ser aplicáveis para o contínuo desenvolvimento das redes inteligentes, além de

especificar 15 falhas de alta prioridade e também as medidas para os padrões novos ou

revisados e os requisitos que serão necessários para se garantir a segurança do sistema. A

62

segunda fase do projeto do NIST, lançada oficialmente em novembro de 2009, tem como

objetivo estabelecer um Painel de Interoperabilidade para Smart Grid (SGIP), para apoiar a

contínua evolução da estrutura e impulsionar o progresso a longo prazo. Já a terceira fase visa

desenvolver e implementar uma estrutura robusta para a realização de testes de conformidade

e certificação dos sistemas e dispositivos relacionados ao Smart Grid, pois apesar dos padrões

serem essenciais, não são suficientes.

Segundo o NIST, os padrões de interoperabilidade de Smart Grid devem ser abertos, ou

seja, os padrões devem ser desenvolvidos e mantidos através de um processo colaborativo,

orientado por todas as partes afetadas e não por apenas uma única organização ou um grupo

de organizações. Esses padrões, sempre que possível, devem ser desenvolvidos e

implementados a nível internacional.

9.1 Arquitetura

Um modelo de arquitetura é essencial para qualquer sistema, ou seja, essa é uma parte

importante para o Smart Grid, que por ser uma tecnologia que relaciona vários sistemas,

necessita que as arquiteturas desses sistemas sejam desenvolvidas independentemente, mas

que no final funcionem de forma integrada. Essas arquiteturas devem estar preparadas para

suportar várias opções tecnológicas, considerando tanto as tecnologias já desenvolvidas ou em

desenvolvimento, como as novas, facilitando a realização de interfaces, quando necessárias,

com ou entre essas tecnologias, de modo a evitar ao máximo os investimentos adicionais e

customizações.

Na figura 27, é apresentado os níveis de camada de uma arquitetura desenvolvido pelo

GridWise Architecture Council (GWAC), conselho formado por uma equipe de líderes da

indústria com o objetivo de moldar os princípios para uma arquitetura altamente inteligente e

interativa do sistema elétrico, identificando áreas de padronização para se obter níveis

significativos de interoperabilidade entre os componentes do sistema. Segundo o NIST, a

arquitetura apresentada em seu documento não tem a intenção de restringir como o Smart

Grid será implantado, mas sim, tentar ajudar os interessados a entenderem as necessidades da

interoperabilidade para o Smart Grid. A arquitetura inclui modelos técnicos e de negócios,

demonstrações, implementações e normas, que juntos tentam formar e transmitir um

entendimento de Smart Grid.

63

Fonte: Adaptado do documento Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability

Standards, Release 1.0

FIGURA 27 – As oito camadas para determinar os requisitos de interoperabilidade de Smart

Grid e definir a troca de informações na rede

Em seguida será mostrado uma pequena descrição de cada camada.

1. Conectividade Básica: Mecanismo para estabelecer as conexões físicas e lógicas entre

os sistemas.

64

2. Interoperabilidade da Rede: Mecanismo para realizar a troca de informações entre os

múltiplos sistemas através de várias redes.

3. Interoperabilidade Sintática: Realizará a compreensão da estrutura dos dados nas

mensagens enviadas entre os sistemas.

4. Compreensão Semântica: A compreensão dos conceitos contidos na mensagem das

estruturas de dados.

5. Contexto do Negócio: Ter conhecimento dos negócios relacionados com uma

interação específica.

6. Processos de Negócio: Alinhamento entre os processos de negócio e os procedimentos

operacionais.

7. Objetivos de Negócio: Objetivos estratégico e tático compartilhados entre os negócios.

8. Política Econômica / Regulamentação: Objetivos políticos e econômicos incorporados

na política e regulamentação.

Essas oito camadas compreendem um alto nível de interoperabilidade, o qual é

necessário para permitir a flexibilidade entre as camadas e as várias interações no Smart Grid.

Como exemplo de flexibilidade se pode citar a Internet, que pode variar o seu tipo de

conectividade, como Ethernet, Wi-Fi, entre outras, e ainda assim ser capaz de trocar

informações entre as diferente redes. A arquitetura apresentada pode ser dividida em camadas

inferiores, que são as camadas físicas dos equipamentos e os softwares para codificação e

transmissão dos dados, e camadas superiores, onde se localizam as funcionalidades de

negócios, como os protocolos de comunicação e aplicações. Cada camada normalmente

depende da camada abaixo dela. Através dessas camadas, é formado o modelo de uma

arquitetura para Smart Grid.

9.2 Modelo de Referência

Nesse tópico será apresentado um modelo de referência baseado no modelo

disponibilizado no documento do NIST, Framework and Roadmap for Smart Grid

Interoperability Standards, Release 1.0. Esse modelo tem como objetivo dar suporte ao

65

planejamento e organização do desenvolvimento de um sistema, expandindo o conjunto de

redes interconectadas que irão compor o Smart Grid.

O modelo em análise pode ser dividido em domínios, onde cada domínio representa o

agrupamento de agentes e aplicações que possuem objetivos semelhantes e dependem ou

participam de tipos similares de atividades do Smart Grid. Pode se considerar como sendo

agentes, dispositivos, sistemas ou programas que irão executar as tomadas de decisões e as

trocas de informações necessárias para a realização de aplicações. Como exemplos desses

agentes, é possível citar os medidores inteligentes, os geradores solares, sensores inteligentes,

sistemas de controle, entre outros. Já as aplicações podem ser consideradas as tarefas que

serão executadas por um ou mais agente que se encontram dentro de um domínio, por

exemplo, as aplicações correspondentes aos exemplos dos agentes citados, como automação

residencial relacionada aos medidores inteligentes, geração de energia solar relacionada aos

geradores solares, etc. Na tabela 9, observa-se a divisão do Smart Grid em sete domínios, de

acordo com a abordagem adotada pelo NIST.

66

TABELA 9 – Domínios e Agentes no Modelo Conceitual do Smart Grid

Domínio Agentes no Domínio

Consumidores

O usuário final de eletricidade. Também pode gerar e armazenar

energia, além de poder gerenciar o uso da mesma.

Tradicionalmente, são divididos em três tipos de consumidores:

residencial, comercial e industrial.

Mercado Os operadores e participantes do mercado de eletricidade.

Prestadores de Serviço As empresas que prestam serviços para os consumidores e

utilities de energia elétrica.

Operação Os gestores da circulação de energia elétrica.

Geração de energia em

grandes quantidades

A geração de eletricidade em grandes quantidades. Também

pode armazenar energia para uma posterior distribuição.

Transmissão O transporte de eletricidade a longas distâncias. Também pode

armazenar e gerar energia elétrica.

Distribuição A distribuição de eletricidade para os consumidores e deles para

a rede. Também pode armazenar e gerar energia elétrica.

Fonte: Adaptado do documento Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,

Release 1.0

Os agentes de um mesmo domínio, geralmente possuem objetivos semelhantes. Eles

também podem interagir com agentes de outros domínios, como é mostrado na tabela 9, no

caso do Smart Grid. Em alguns casos, áreas particulares também podem conter componentes

de outros domínios. Como um caso desses pode se citar uma concessionária de distribuição de

energia elétrica, a qual possui componentes relacionados a outros domínios, como por

exemplo, o domínio da operação, já que utiliza sistema de gestão de distribuição e o domínio

dos consumidores, tratando-se da utilização de medidores.

Com base na tabela 9, onde são apresentados os domínios do Smart Grid e seus

respectivos agentes, é possível se estruturar o diagrama a seguir, através do qual, espera se

fornecer uma ferramenta útil para auxiliar os interessados em Smart Grid, além de buscar

incentivar os investimentos no setor de energia.

67

Fonte: Adaptado do documento Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,

Release 1.0

FIGURA 28 – Interação de agentes em diferentes domínios de Smart Grid através de Fluxos de

Comunicação Segura e Fluxos Elétricos

Apesar do modelo da figura 28 não determinar como o Smart Grid será implantado,

pois se trata apenas de um modelo descritivo, ele ajuda a identificar os possíveis caminhos de

comunicação do Smart Grid e dá uma visão melhor das interações que podem ocorrer entre

seus domínios. Na figura 29, que representa um diagrama muito mais detalhado, é possível

ver que um domínio pode ser dividido em várias funcionalidades, ou seja, pode se observar

que cada domínio possui muitos agentes.

68

Fonte: Retirado do documento Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,

Release 1.0

FIGURA 29 – Diagrama detalhado de um modelo de Smart Grid

Nesse diagrama, além dos domínios e dos agentes, também estão sendo representados:

Information Network (Informação da Rede): Uma rede de informação é uma coleção,

ou um conjunto, que engloba, computadores interligados, dispositivos de

comunicação, e outras informações e tecnologias de comunicação. Tecnologias em

uma rede trocam informações e compartilham recursos. O Smart Grid é composto de

muitos tipos diferentes redes, das quais nem todas estão no diagrama da figura 29. As

redes do diagrama incluem: O Enterprise Bus que conecta o centro de controle das

aplicações (Operação) ao mercado e à geração e também realiza a conexão entre esses

dois; Wide Area Networks (WAN) que conectam locais distantes; Field Area Network

(FAN) que conecta dispositivos, como os Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs -

Intelligent Electronic Devices), os quais controlam disjuntores e transformadores; e

Premises Networks que incluem redes dos consumidores e também redes das utilities

que estão “dentro do domínio do consumidor”. Essas redes podem ser implementadas

69

utilizando uma combinação entre redes públicas (como por exemplo, a Internet) e

redes não públicas. Independente de qual tipo de rede se utilizar, será necessário a

implantação e manutenção de uma segurança adequada e dos controles de acesso para

suportar o Smart Grid. É importante ressaltar que através de redes públicas é possível

realizar comunicações entre vários agentes de domínios diferentes.

Gateway Actor: que pode ser considerado um agente de um determinado domínio que

interage com agentes de outros domínios ou de outras redes. Eles podem utilizar

muitos tipos de protocolos de comunicação, portanto é possível, que um gateway actor

utilize um protocolo de comunicação diferente do que um agente do mesmo domínio,

além de se poder utilizar vários protocolos simultaneamente.

Common Path (Caminho comum da comunicação): Mostra a troca lógica de dados

entre agentes, ou entre agentes e redes.

Com relação às redes de informação, a figura 30, exibida abaixo, dá uma visão de

como será o funcionamento das redes com relação às comunicações bidirecionais entre os

pontos finais da rede, considerando os sete domínios apresentados anteriormente. Cada

domínio é um ambiente de computação distribuída único e pode ter sua própria sub-rede para

atender aos requisitos especiais de comunicação para o domínio. Dentro de cada rede, existe

uma estrutura hierárquica composta de tecnologias de rede. Tecnologias como Home Area

Networks, Personal Area Networks (PAN), Wireless Access Networks, Local Area Networks

(LAN), and Wide Area Networks, poderão ser implementadas. De acordo com os requisitos

funcionais do Smart Grid, a rede deverá fornecer a capacidade para permitir que uma

aplicação de um determinado domínio consiga se comunicar com outra aplicação de qualquer

outro domínio que esteja sobre a rede de informação, além de ter extrema necessidade de

garantir a segurança dos dados, a qual deve incluir: procedimentos, protocolos e políticas de

segurança para proteger as informações do Smart Grid; procedimentos, protocolos e políticas

de autenticação; procedimentos, protocolos e políticas de segurança e controle para proteger

componentes da infra-estrutura e as redes interconectadas; pois somente com as informações

devidamente protegidas pode se obter uma integridade e uma confiabilidade de todo o

sistema, permitindo acesso devidamente restrito as partes envolvidas, evitando qualquer risco

para essas informações, já que a intercepção desses dados acarretaria em conseqüências

graves, além do que poderia afetar outros sistemas que estivessem interligados.

70

Fonte: Adaptado do documento Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,

Release 1.0

FIGURA 30 – Redes para troca de informação

Como é possível observar, os dispositivos e as aplicações em cada domínio são pontos

finais da rede. No caso do domínio do Consumidor, é exibido no diagrama o relacionamento

com as Instalações do Cliente, que envolvem, por exemplo, os medidores inteligentes, os

veículos elétricos, entre outros. No domínio da Distribuição, é mostrado o relacionamento

com a Subestação da Distribuição, no domínio da Transmissão, o relacionamento com as

Linhas de Transmissão e no domínio da Geração, com a Usina de Geração. No caso dos

domínios Operações, Mercado e Prestador de Serviços, as aplicações são semelhantes aos de

Internet e aos processamentos de informações de negócios, o que faz com que a função de

cada um não seja distinguida de redes de processamento de informações normais, motivo pelo

qual, não possuem nuvens ilustradas no diagrama.

Essa rede de informação pode ser composta por várias redes interligadas, que no caso,

estão sendo representadas por duas redes de backbone (esquema de ligações centrais de um

sistema mais amplo, tipicamente de elevado desempenho), A e B. Cada um representa a rede

na região de serviços de uma concessionária de energia ou serviço. Pode se considerar que A

representa as redes da CPFL e B representa as redes da Eletropaulo. As ligações físicas ou

lógicas dentro e entre essas redes, e as ligações para pontos do final da rede podem utilizar

71

qualquer tecnologia de comunicação adequada disponível atualmente ou a serem

desenvolvidas e padronizadas no futuro.

Ainda com relação ao modelo de referência do Smart Grid, convém observar que

atualmente há uma grande expectiva de que as redes baseadas em Internet Protocol (IP)

poderão servir como elemento chave para o Smart Grid, porque mesmo não sendo capazes de

atender à todos os requisitos de comunicações da tecnologia do Smart Grid, elas possuem

vários aspectos que faz com que sejam vistas com grande importantância para essa tecnologia.

Através da utilização de redes baseadas em IP, se obtém vários benefícios, como, o fato dela

já possuir um grande número de normas definidas, a disponibilidade de ferramentas e

aplicações que podem ser aplicadas em ambientes Smart Grid, além de permitir que as

aplicações sejam desenvolvidas de maneira independente da infra-estrutura de comunicação e

das diversas tecnologias de comunicação que serão utilizadas, seja ela com fio ou sem fio.

As redes baseadas em IP permitem a divisão de largura de banda entre as aplicações e

maior confiabilidade com capacidades de roteamento dinâmico. Elas podem ser facilmente

escalável, ou seja, estarão preparadas para que sejam acrescentados outros dispositivos de

Smart Grid a rede, como medidores inteligentes, eletrodomésticos inteligentes, entre outros.

Para aplicações de Smart Grid que possuem exigências específicas de qualidade de serviço,

como atraso mínimo de acesso, outras tecnologias podem ser usadas.

É importante atentar para o fato de que a quantidade de dispositivos conectados a rede

do Smart Grid aumentará consideravelmente, assim como o número de endereços IP

necessários para identificar os dispositivos. Devido a isso, segundo o NIST é preciso observar

que os endereços no padrão IPv4 estarão esgostados em breve, portanto seria mais viável a

utilização do padrão IPv6 para os novos sistemas que serão desenvolvidos e implantados, os

quais foram especificamente desenvolvidos para suprir as necessidades de endereços e

fornecer melhorias para a rede IP.

Para cada conjunto de requerimentos do Smart Grid, uma análise é necessária para

determinar se a utilização do IP é apropriado, considerando se a segurança e as características

de desempenho desejado podem ser asseguradas. Para que haja um correto funcionamento das

redes de IP no ambiente de Smart Grid, um conjunto de protocolos devem ser identificados e

desenvolvidos, para que se possa dar início as aplicações de Smart Grid. Segundo o NIST, o

desenvolvimento desses conjunto de protocolos deve ser baseado nos padrões definidos pelo

72

Internet Engineering Task Force (IEFT), comumente referido como Request for Comments

(RFCs).

9.3 Smart Grid e GIS

Para que a implantação do Smart Grid seja bem sucedida e se torne viável, será

necessário que esse sistema tenha a capacidade de se integrar com as diversas ferramentas já

existentes dentro de uma concessionária de energia. Cada concessionária possui ferramentas

de gerenciamento, operação, manutenção, projetos, cálculos de engenharia, entre outros

processos, os quais, mesmo em alguns casos sendo similares aos de outras concessionárias,

possui características específicas, o que faz com que o desenvolvimento do Smart Grid deva

ser algo genérico, possibilitando a integração com as diferentes tecnologias, buscando se obter

a interoperabilidade do sistema.

Uma tecnologia muito importante utilizada em grande parte das concessionárias do

mundo, não somente de energia, mas também de gás ou de água, para o gerenciamento de

seus ativos é o Geographic Information System (GIS), o qual representa um sistema com

todos os ativos da concessionária georreferenciados. Para alguns casos essa tecnologia pode

ter integração com outros módulos, voltadas para outros processos, como, operação, projetos

e cálculos, etc. Abaixo pode se observar uma imagem que representa um exemplo de um GIS.

73

FIGURA 31 – Exemplo de um Sistema de Informação Georreferenciado

A integração do Smart Grid com o GIS é de grande importância, pois transformaria

essa tecnologia em um sistema supervisório que funcionaria de maneira on-line. Sem a

utilização de um GIS, é praticamente impossível se atingir os objetivos do Smart Grid, pois

seria através dessa ferramenta, que os dados recebidos seriam analisados, estudados e

utilizados para ações de melhorias, planejamentos, operações, entre outros procedimentos.

Atualmente já existem módulos que se integram com o GIS, específicos para a

operação do sistema elétrico, como por exemplo, o DMS (Distribution Management System),

o qual utiliza o sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) para realizar

essa supervisão, porém ainda são poucos os dispositivos que podem ser controlados da central

de operação, ou seja, que podem ser ligados ou desligados via comando do operador e

praticamente nenhum deles, considerando a parte da distribuição possui alguma inteligência.

Em algumas subestações já existem alguns equipamentos que utilizam os IEDs.

Da mesma forma que o Smart Grid deverá se adequar as tecnologias utilizadas

atualmente, essas tecnologias necessitarão de customizações para se adequar ao sistema

inteligente, pois ainda não estão preparadas para isso e cada empresa precisará realizar as

modificações necessárias para que se adequem aos seus processos.

74

Com o Smart Grid os dados da rede seriam coletados e enviados para um servidor

através de sensores inteligentes instalados nos equipamentos que fazem parte da rede elétrica,

como por exemplo, transformadores, chaves, disjuntores, entre outros e também haveria

trocas de informações entre esses sensores. No servidor os dados seriam analisados para

tomadas de decisões, as quais, em certas ocasiões poderiam ser determinadas e executadas

pelo próprio sistema, através de sua inteligência. Por exemplo, no caso de uma queda de

energia em um determinado circuito, decorrente de um curto-circuito, muitos consumidores

seriam afetados e ficariam sem energia. Considerando o funcionamento do sistema como é

atualmente, poderia ocorrer desses consumidores ficarem um período consideravelmente

longo sem energia, porém com a implantação das redes inteligentes, através de uma

comunicação entre os equipamentos, poderia ser realizado um tipo de manobra

automaticamente para começar a fornecer energia ao maior número clientes possível por outro

caminho da rede, minimizando ao máximo o impacto causado pela queda de energia, pois não

seria necessária se esperar a realização das manobras manuais para se restabelecer a energia

de todos prejudicados, além do que o tempo gasto para a realização dessas manobras manuais

seria reduzido, devido ao fato de que a equipe de manutenção seria despachada, logo após o

incidente, pois as informações chegariam mais rapidamente, além do que transitariam em

ambos os sentidos da rede, sendo bidirecionais. Também deve ser levado em consideração

que através da monitoração realizada com os dados enviados pelos sensores inteligentes,

muitos incidentes poderiam ser evitados, já que por essa monitoração será possível verificar a

carga sobre cada dispositivo, possibilitando evitar alguns acontecimentos não desejados,

antecipando a realização de ações e facilitando a tomada de decisões, além do que os

planejamentos poderiam ser executados de forma melhor, o que em certos casos possibilitaria

a postergação de determinadas manutenções.

Mas para a realização dessa integração, é preciso se ter conhecimentos das várias

regras de negócios utilizadas no GIS de uma concessionária de energia, os quais são de

grande relevância para um bom funcionamento do sistema.

75

10 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Foi possível verificar no decorrer desse trabalho a evidente necessidade de uma

mudança no sistema de energia elétrico atual. Como foi demonstrado, a demanda por energia

está aumentando a cada dia, surgindo a necessidade de atualização ou de troca dos ativos

atuais utilizados nas redes elétricas, o que não resolve o problema, pois mesmo com a

realização dessa manutenção, a configuração atual ainda continua sujeita a muitas falhas,

devido ao fato de ser uma rede unidirecional. Outro agravante que foi demonstrado é com

relação ao meio ambiente, tema que preocupa o mundo todo atualmente, em consequência do

problema do aquecimento global, problema no qual, a geração de energia elétrica tem grande

participação em alguns países.

Observou se que caso essa grande modificação do sistema de energia atual seja

realizado através da implantação do Smart Grid, outras oportunidades surgiriam, como o

aumento dos investimentos em outras áreas, como por exemplo, as fontes de energia

alternativa ou o veículo elétrico, pois através da integração com as redes inteligentes, essas

tecnologias funcionariam em sincronismo umas com as outras e poderiam superar algumas

deficiências existentes atualmente.

Porém essa mudança não é simples, muito pelo contrário, ela é de extrema

complexidade e devido a isso necessita de longos estudos para definição de normas e padrões,

os quais já estão sendo definidos através de vários estudos e realização de testes, pois sem

esses requisitos não é possível se obter a interoperabilidade do sistema, já que eles são

necessários para a realização da integração com a enorme diversidade de tecnologias e

processos que estarão envolvidos com o Smart Grid.

Muitos acabam se confundindo, considerando que as redes inteligentes estão

relacionadas apenas a instalação de medidores inteligentes nos consumidores, para que se

obtenha uma medição inteligente, porém isso pode ser considerado um equívoco. Com

certeza, a medição inteligente é uma das partes principais e mais importantes para a

implantação do Smart Grid, porém esse sistema, quando pronto, envolverá muitos outros

processos, pois através dele será realizada uma automação de toda a rede de energia elétrica,

interligando de uma forma inteligente tudo que estiver conectado a essa rede, através de

equipamentos de telecomunicação e de sensoriamento, os quais devem ser de alta qualidade e

precisão para garantir a interoperabilidade, a eficiência e a segurança desse novo sistema.

76

Vários investimentos estão sendo realizados em todas as partes do mundo para que as

redes inteligentes se tornem uma realidade, o que provavelmente acontecerá em um futuro

não muito distante, porém é necessário se ter certo cuidado para que esse sistema seja

implantado da melhor maneira possível para que se consiga atingir a todas as expectativas e

suprir todas as necessidades de um sistema inteligente. É preciso buscar soluções eficientes, e

de total segurança, tanto nas partes relacionadas aos hardwares, como nas partes relacionadas

aos softwares, visando os benefícios para a sociedade em geral e a melhora dos processos das

concessionárias de energia. Para se reduzir custos, é recomendável que os desenvolvimentos

sejam realizados buscando a integração com as tecnologias já existentes, porém sem deixar de

adotar os padrões e as normas já definidas e as que ainda serão adicionadas.

Através da implantação do Smart Grid, será possível se obter um mundo mais

sustentável, utilizando cada vez melhor os recursos para a geração, transmissão e distribuição

de energia.

77

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